KR100436418B1 - 리니어 모터의 구동장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고정자와 가동자로 구성된 영구자석 가동형 리니어 모터에서 가동자를 부분 여자시켜 구동시키기 위한 리니어 모터 구동장치에 관한 것이다.
상기 본 발명은 U자형 프레임의 내측 저면에 코일 블록을 장착한 고정자와, 전기자 프레임에 복수의 영구자석을 장착한 가동자와, 가동자의 일측면에 장착되어 복수의 영구자석에서 발생되는 자속을 차단하고 일측면에 센싱 자석부 장착한 실드 부재와, U자형 프레임의 내측벽에 장착되고 상기 센싱 자석부에서 발생된 자속을 감지하여 상기 코일 블록으로 공급되는 전류를 선택적으로 공급하는 제어 보드로 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기한 바와같이 본 발명에서는 추력용 복수의 영구자석에 발생된 자속으로 인한 가동자의 위치 감지 오동작을 최소화함으로써 리니어 모터의 구동을 최적화할 수 있다. 또한 가동 코일을 부분 여자시켜 가동자를 구동시킴으로써 코일로 흘러 소모되는 전력을 절감할 수 있으며, 코일로 흐르는 전류에 의해 발생되는 열을 최소화할 수 있는 이점이 있다.

Description

리니어 모터의 구동장치{Driving System of Linear Motor}
본 발명은 리니어 모터의 구동장치에 관한 것으로, 특히 고정자와 가동자로 구성된 영구자석 가동형 리니어 모터에서 가동자를 부분 여자시켜 구동시키기 위한 리니어 모터 구동장치에 관한 것이다.
일반적으로 리니어 모터는 코일 블록이 장착된 고정자와 영구자석이 장착된 가동자로 구성된다. 코일 블록과 영구자석은 각각 수평 방향으로 서로 마주대하도록 평행하게 설치된다.
또한 고정자의 코일 블록으로 전류가 인가되면 플레밍(Fleming)의 왼손의 법칙에 의해 코일 블록과 영구자석 사이에 추력(thrust)이 발생된다. 이 추력에 의해 가동자는 고정자의 길이 방향을 따라 수평으로 다이렉트(direct) 직선 운동을 한다.
다이렉트 직선 운동이 가능한 종래의 리니어 모터를 출원된 US4595870을 인용하여 설명하면 다음과 같다. 도 1 및 도 2는 US4595870에 기재된 도면으로 도 1은 종래의 리니어 모터의 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 리니어 모터의 제어 장치의 회로도이다.
도 1은 일반적인 종래의 리니어 모터(10)의 구성을 나타낸다. 도 1에 도시된 리니어 모터(10)는 U자형 채널(channel)(12)과 가동자(18)로 구성된다. U자형 채널(12)은 권형 고정자(16)가 안착되도록 장착면(14)을 제공하며, 가동자(18)는 양방향 화살표의 방향과 같이 이동되도록 고정자(16)이 상측면에 장착된다.
상기 가동자(18)는 고정자(16)의 코일블럭(도시 않음)과 계자속의 상호 작용을 하기 위해 복수의 영구자석(도시 않음)이 고정자(16)의 상측면(20)과 마주 대하도록 설치된다.
이때 코일 블록이 설치된 고정자(16)와 복수의 영구자석이 설치된 가동자(22) 사이에 계자속이 발생되고 이 계자속의 상호 작용에 의해 발생되는 추력을 제어하기 위한 제어 장치(28)는 도 2에 도시되어 있다.
상기 제어 장치(28)는 호스트(host)(도시 않음)로부터 수신되는 지령(command)(40)를 수신받는다. 지령(40)을 수신받은 제어 장치(40)는 가동자(18)의 영구자석(32) 및 고정자(16)의 각 코일(24a, 24b, 24c) 사이의 위치 관계 정보를 정보채널(30)을 통해 수신받아 스위치(26a, 26b, 26c)를 선택적으로 제어하여 각 코일(24a, 24b, 24c)로 공급되는 전원을 제어한다.
한편 상기 스위치(26a, 26b, 26c)를 선택적으로 제어하는 제어 장치(28)는 가동자(18)가 코일(24a)을 떠나 이동하게 되면 이를 정보채널(30)을 통해 공급받아 코일(24a)에 접속된 스위치(26a)를 개방시켜 전원 공급을 차단한다. 즉, 제어 장치(28)는 가동자(18) 이동에 따라 선택적으로 각 코일(24a, 24b, 24c)들을 부분 여자시켜 구동하게 된다.
그런데 종래기술에서는 상기 고정자(16)에 장착된 각 코일(24a, 24b, 24c)를 부분 여자시키기 위해 자기센서(magnetic sensor) 및 홀 소자(Hall effect device)(도시 않음)가 사용되는데, 이와같이 자기센서 및 홀 소자를 사용하는 경우 가동자에 구성된 영구자석의 계자속으로 인해 홀 소자의 오류 등이 발생되어 리니어 모터의 오동작을 유발시키는 문제점이 있었다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 리니어 모터에서 직접적으로 추력에 관계있는 영구자석의 계자속의 영향을 최소하면서 가동자의 위치를 감지하여 고정자에 장착된 코일을 부분 여자시켜 구동시킴으로써 전력 소모를 줄이고 또한 각 코일 선택적으로 여자시킴으로써 열 발생을 최소화하는 데 있다.
도 1은 종래의 리니어 모터의 사시도,
도 2는 도 1에 도시된 리니어 모터의 제어 장치의 회로도,
도 3은 본 발명에 의한 리니어 모터의 사시도,
도 4는 도 3에 도시된 리니어 모터의 평면도,
도 5는 도 3에 도시된 리니어 모터의 단면도,
도 6은 본 발명에 의한 리니어 모터의 제어 장치의 회로도,
도 7은 도 6에 도시된 리니어 모터의 구동부를 상세히 나타낸 회로도이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명＊
110: 고정자 111: U자형 프레임
112: 코일 블록 120: 가동자
122: 영구자석 123: 실드부재
124: 센싱 자석부 130: 제어보드
131: 홀 소자부 132: 자속감지 회로부
133: 제어기 134: 스위치 회로부
따라서 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 U자형 프레임의 내측 저면에 코일 블록을 장착한 고정자와, 전기자 프레임에 복수의 영구자석을 장착한 가동자와, 가동자의 일측면에 장착되어 복수의 영구자석에서 발생되는 자속을 차단하고 일측면에 센싱 자석부 장착한 실드 부재와, U자형 프레임의 내측벽에 장착되고 상기 센싱 자석부에서 발생된 자속을 감지하여 상기 코일 블록으로 공급되는 전류를 선택적으로 공급하는 제어 보드로 구성됨을 특징으로 하는 리니어 모터의 구동장치를 제공하는데 있다.
상기한 바와같이 본 발명에서는 추력용 복수의 영구자석에 발생된 자속으로 인한 가동자의 위치 감지 오동작을 최소화함으로써 리니어 모터의 구동을 최적화할 수 있다. 또한 가동 코일을 부분 여자시켜 가동자를 구동시킴으로써 코일로 흘러 소모되는 전력을 절감할 수 있으며, 코일로 흐르는 전류에 의해 발생되는 열을 최소화할 수 있는 이점이 있다.
(실시예)
이하에 상기한 본 발명을 바람직한 실시예가 도시된 도면을 참고하여 더욱 상세하게 설명한다.
첨부된 도 3은 본 발명에 의한 리니어 모터의 사시도이고, 도 4는 도 3에 도시된 리니어 모터의 평면도이고, 도 5는 도 3에 도시된 리니어 모터의 단면도이고, 도 6은 본 발명에 의한 리니어 모터의 제어 장치의 회로도이고, 도 7은 도 6에 도시된 리니어 모터의 구동부를 상세히 나타낸 회로도이다.
먼저 본 발명은 U자형 프레임(111)의 내측 저면에 코일 블록(112)을 장착한 고정자(110)와, 전기자 프레임(121)에 복수의 영구자석(122)을 장착한 가동자(120)와, 가동자(120)의 일측면에 장착되어 복수의 영구자석(122)에서 발생되는 자속을 차단하고 일측면에 센싱(sensing) 자석부(124)를 장착한 실드(shield) 부재(123) 및 U자형 프레임(111)의 내측벽에 장착되고 센싱 자석부(124)에서 발생되는 자속을 감지하여 상기 코일 블록(112)으로 공급되는 전류를 선택적으로 공급하는 제어 보드(board)(130)로 구성된다.
본 발명의 구성을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저 리니어 모터는 고정자(110)와 가동자(120)로 구성되며 고정자(110)는 U자형 프레임(111)의 내측면에 코일 블록(112)이 장착된다.
상기 코일 블록(112)은 U자형 프레임(111)의 길이 방향으로 장착되며, 코일 블록(112)의 상측면에 일정한 공간을 유지한 상태로 가동자(120)가 장착된다. 가동자(120)는 전기자 프레임(121)의 저면에 복수의 영구자석(122)이 장착된다.
또한 상기 복수의 영구자석(122)은 N극 및 S극으로 착자된 자석이 소정 간격으로 배치되어 장착된다. 복수의 영구자석(122)이 장착된 가동자(120)는 고정자(110)의 길이에 비해 짧게 형성되어 고정자(110의 양측면에 안내되어 이동하게 된다. 고정자(110)에 안내되어 이동되는 가동자(120)의 위치를 감지하기 위해 센싱 자석부(124)가 설치된다.
이 경우 상기 센싱 자석부(124)는 도 4에 도시된 바와 같이 가동자(120)의 일측면에 장착된 실드 부재(123)에 장착된다. 실드 부재(123)는 복수의 영구자석(122)에서 발생된 자속이 센싱 자석부(124)나 제어 보드(130)에 장착된 홀 소자부(131)로 영향을 미치지 못하도록 차폐시키기 위해 사용된다. 실드 부재(123)를 사용함으로써 가동자(120)의 위치를 감지하는 센싱 자석부(124)나 홀 소자부(131)가 안정적으로 동작할 수 있게 된다.
한편 상기 가동자(120)의 일측면에 장착된 센싱 자석부(124)에서 발생되는 자속을 감지하는 홀 소자부(131)는 제어 보드(130)에 장착된다. 제어 보드(130)는 고정자(110)의 U자형 프레임(121)의 내측에 수직으로 세워 장착된다. 수직으로 세워 장착된 제어 보드(130)에는 도 5에 도시된 바와 같이 홀 소자부(131)가 일정 간격 장착된다.
따라서 상기 홀 소자부(131)는 센싱 자석부(124)와 일치되는 높이로 장착되어 센싱 자석부(124)에서 발생된 자속을 감지하게 된다.
그 후 자속을 감지한 상기 홀 소자부(131)는 감지한 자속에 의해 일정 전압을 출력한다. 출력된 일정 전압을 제어 보드(130)에서 수신받아 코일 블록(112)으로 공급되는 전류를 선택적으로 공급하도록 제어한다. 즉, 가동자(120)의 위치를 감지하고 이동 방향을 판단하여 가동자(120)가 위치될 장소의 코일 블록(112)을 부분 여자시켜 가동자(120)를 구동하게 된다.
상기 코일 블록(112)을 부분 여자시키는 제어 보드(130)를 도 6을 이용하여 설명하면 다음과 같다. 도 6에 도시된 바와 같이 제어 보드(130)는 홀 소자부(131), 자속감지 회로부(132), 제어기(133) 및 스위치 회로부(134)로 구성된다.
또한 상기 홀 소자부(131)는 가동자(120)의 측면에 장착된 센싱 자석부(124)에서 발생된 자속을 감지한다. 자속을 감지한 홀 소자부(131)는 일정 전압을 출력한다. 출력된 일정 전압은 자속감지 회로부(132)에서 수신받아 활성화된다. 일정 전압을 수신받아 활성화되는 자속감지 회로부(132)는 다수개의 자속감지 회로(132a∼132d)로 구성된다. 이는 고정자(110)의 길이에 따라 홀 소자부(131)의 개수가 결정되기 때문이다.
이 경우 상기 홀 소자부(131)는 가동자(120)의 이동에 따라 센싱 자석부(124)에서 발생된 자속을 감지하기 위해 고정자(110)의 길이에 비례하여 홀 소자(131a∼131d)가 다수개로 구성된다. 따라서 홀 소자(131a∼131d)의 개수가 고정자(110)의 길이에 따라 결정되며 이에 따라 자속감지 회로(132a∼132d)가 다수개로 설치된다.
또한 상기 홀 소자부(131)로부터 출력된 일정 전압에 의해 활성된 자속감지회로부(132)는 일정 전압을 출력한다. 출력된 일정 전압은 제어기(133)에서 수신받는다. 제어기(133)는 수신된 일정 전압을 카운트(count)하여 가동자(120)의 이동 방향에 따라 가동자(120)의 위치를 판별한다. 가동자(120)의 위치를 판별한 제어기(133)는 가동자(120)의 이동 방향에 따라 코일 블록(112)을 부분 여자시키기 위한 제어신호를 발생하여 출력한다.
상기 제어기(133)로부터 출력되는 제어신호는 스위치 회로부(134)에서 수신받는다. 제어신호를 수신받은 스위치 회로부(134)는 코일 블록(112)으로 공급되는 교류(U, V, W)를 스위칭한다. 제어신호를 수신받아 스위칭하는 스위치 회로부(134)는 다수개의 스위치 회로(134a∼134d)로 구성된다. 이는 자속감지 회로부(132)와 같이 고정자(110)의 길이에 비례하여 개수가 결정되기 때문이다.
한편 다수개의 스위치 회로(134a∼134d)로 구성된 스위치 회로부(134)는 수신된 제어신호에 따라 임의의 스위치 회로가 선택된다. 선택된 스위치 회로(134a)라면 스위치 회로(134a)는 교류(U)가 코일(L1)을 통해 흐르도록 스위칭한다. 또한 나머지 스위치 회로(134b∼134d)도 동일하게 코일(L2∼L4)로 교류(U, V, W)가 흐르도록 스위칭한다. 이와 같이 코일(L1∼L4)을 제어신호에 따라 선택함으로써 가동자(120)의 위치에 따라 코일을 부분 여자시킬 수 있게 된다.
또한 상기 코일(L1∼L4)을 부분 여자시키는 자속감지 회로(132a) 및 스위치 회로(132b)를 첨부된 도 7을 이용하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다. 도 7에 도시된 바와 같이 먼저 자속감지 회로(132a)는 발광 소자(L)와 수광 소자(P)로 구성된다. 발광 소자(L)는 발광다이오드(LED)가 사용되며, 수광 소자(P)는 포토트랜지스터(Q)가 사용된다.
상기 발광다이오드(LED)의 한 단자는 부하 저항(R1)을 통해 직류전압(VCC)을 수신받으며 다른 한 단자는 홀 소자(132a)와 접속된다. 홀 소자(132a)에서 센싱 자석부(124)의 자속을 감지하면 발광다이오드(LED)는 광신호를 발생한다. 발생된 광신호는 포토트랜지스터(Q)에서 수신받는다. 광신호를 수신받은 포토트랜지스터(Q)는 활성화되어 일정 전압을 출력한다.
그 후 포토트랜지스터(Q)에서 출력된 일정 전압은 제어기(133)에서 수신받는다. 상기 제어기(133)는 수신된 일정 전압을 아날로그 신호에서 디지탈 신호로 변환한 뒤 이를 카운트(count)하여 가동자(120)의 위치를 판별하게 된다. 가동자(120)의 위치가 판별되면 가동자(120)의 이동 방향에 따라 다수개의 코일(L1∼L4)을 부분 여자시키기 위한 제어신호를 발생한다.
상기 발생된 제어신호는 스위치 회로(134b)에서 수신받는다. 즉 제어기(133)는 현재 가동자(120)의 위치가 홀 소자(131a)에 위치하면 다음 코일(L2)을 여자시키기 위한 제어신호를 발생하게 된다. 제어신호를 수신받은 스위치 회로(134b)는 저항(R2, R3)을 통해 분압한 후 트라이액(TRIAC)으로 인가받는다.
이때 상기 트라이액(TRIAC)은 인가된 제어신호에 의해 턴온(turn on)되어 교류(U)가 코일(L2)을 통해 공통 단자(COM)로 흐르게 한다. 이러한 반복된 과정을 통해 제어기(133)는 가동자(120)가 위치한 곳 즉, 이동될 인접 코일을 부분 여자시키게 된다.
따라서 본 발명은 센싱 자석부와 홀 소자부를 가동자의 복수의 영구자석으로부터 보호함으로써 보다 정확한 가동자의 위치를 파악할 수 있으며, 코일을 부분 여자시킴으로써 전력 소모 및 열 발생을 최소할 수 있게된다.
상기한 바와같이 본 발명에서는 추력용 복수의 영구자석에 발생된 자속으로 인한 가동자의 위치 감지 오동작을 최소화시켜 가동 코일을 부분 여자시켜 가동자를 구동시킴으로써 코일로 흘러 소모되는 전력을 절감할 수 있으며, 코일로 흐르는 전류에 의해 발생되는 열을 최소화할 수 있는 이점이 있다.

Claims (8)

  1. 다수개의 코일 블록을 장착한 고정자와, 전기자 프레임에 복수개의 영구자석을 장착한 가동자와, 상기 가동자의 일측면에 장착되어 영구자석에서 발생하는 자속을 차단하기 위한 실드부재로 이루어진 리니어 모터의 구동장치에 있어서,
    다수개의 자석부에서 발생된 자속을 각각 감지하여 일정 전압을 출력하는 다수개의 홀 소자부와;
    상기 홀 소자로부터 출력된 전압을 각각 인가받아 활성화되어 일정 전압을 출력하는 다수개의 자속감지회로를 갖는 자속감지 회로부와;
    상기 자속 감지회로부의 다수개의 자속 감지회로로부터 각각 출력되는 일정 전압을 수신받아 상기 가동자의 위치를 판별하여 상기 코일 블록을 선택적으로 제어하기 위한 제어신호를 발생하는 제어기와;
    상기 제어기로부터 출력되는 제어신호를 수신받아 상기 다수개의 코일 블록으로 각각 공급되는 교류를 스위칭하는 다수개의 스위치를 구비한 스위치 회로부로 구성되며;
    상기 실드부재는 그 일측면에 센싱 자석부가 장착되며, 상기 자속감지회로는 상기 홀 소자로부터 출력되는 일정 전압에 의해 활성화되어 광신호를 발생하는 발광소자와, 상기 발광소자에서 발생된 광신호를 수신받아 활성화되어 일정 전압을 출력하는 수광소자로 구성되는 것을 특징으로 하는 리니어 모터의 구동장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 발광 소자는 발광다이오드가 사용됨을 특징으로 하는 리니어 모터의 구동 장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 수광 소자는 포토트랜지스터가 사용됨을 특징으로 하는 리니어 모터의 구동 장치.
  7. 삭제
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 스위치 회로는 상기 제어기로부터 출력되는 제어신호를 수신받아 활성화되어 상기 코일로 공급되는 교류를 스위칭하는 트라이액으로 구성됨을 특징으로 하는 리니어 모터의 구동장치.
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