KR101040672B1

KR101040672B1 - Location calibrating apparatus

Info

Publication number: KR101040672B1
Application number: KR1020080102637A
Authority: KR
Inventors: 장인배
Original assignee: 강원대학교산학협력단
Priority date: 2008-10-20
Filing date: 2008-10-20
Publication date: 2011-06-10
Also published as: KR20100043553A

Abstract

본 발명은 일정한 자로에 다른 자로를 제공하여 자속이 통과하는 경로를 조절하여 견인자기력의 차이에 따라 생성되는 자로를 조절함에 의해 높은 위치강성과 대 변위 특성 모두 갖춘 위치조절장치에 관한 것다. The present invention relates to a position adjusting device having both high position stiffness and large displacement characteristics by adjusting a path generated by a difference in traction magnetic force by adjusting a path through which magnetic flux passes by providing another path to a certain path.

이러한 본 발명의 위치조절장치는 링형상을 이루고 지지수단에 의해 이동 가능하게 지지되어 있는 이동체와 ; 상기 이동체의 내벽과의 사이에 공극을 갖도록 이동체의 내부에 설치되고 고정수단에 의해 고정된 봉체 형상의 코어와 ; 상기 코어의 중간에 설치된 영구자석과 ; 상기 영구자석의 양측에 코어에 설치되어 상기 영구자석에서 발생된 자력과 서로 겹쳐지는 위치조절자로부와 영구자석의 자력과 분리되는 분리자로부를 갖는 자력을 발생시키는 전자석을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.The position adjusting device of the present invention comprises a movable body which forms a ring shape and is movably supported by a supporting means; A rod-shaped core installed in the movable body and fixed by fixing means to have a gap between the inner wall of the movable body; A permanent magnet installed in the middle of the core; It is characterized in that it comprises an electromagnet which is installed in the core on both sides of the permanent magnet and generates a magnetic force having a separator as a position controller and a separator separated from the magnetic force of the permanent magnet and the magnetic force generated in the permanent magnet .

위치제어, 이동체, 영구자석, 전자석, 자로 조절 Position control, moving object, permanent magnet, electromagnet, ruler adjustment

Description

Location calibrating apparatus

본 발명은 위치조절장치에 관한 것으로써, 상세하게는 일정한 방향으로 자로를 형성하는 영구자석으로부터 발생되는 자력과 겹쳐지거나 분리되게 자로를 형성하는 전자석으로 구성되어 보다 안정적으로 이동체를 이동시킬 수 있게 한 자로 조절 방식의 위치조절장치에 관한 것이다. The present invention relates to a position adjusting device, and more particularly, consists of an electromagnet forming the magnetic path to overlap or separate from the magnetic force generated from the permanent magnet to form the magnetic path in a certain direction to make it possible to move the moving body more stably. It relates to a position adjusting device of the self-adjusting method.

즉, 일정한 자로에 다른 자로를 제공하여 자속이 통과하는 경로를 조절하여 견인자기력의 차이에 따라 생성되는 자로를 조절함에 의해 높은 위치강성과 대 변위 특성 모두 갖춘 위치조절장치에 관한 것다. That is, the present invention relates to a position control device having both high position stiffness and large displacement characteristics by providing a different magnetic path to a certain magnetic path to adjust a path through which magnetic flux passes, thereby adjusting the magnetic path generated according to the difference in the traction magnetic force.

웨이퍼 스테이지 등과 같이 아주 미세하게 위치를 조절하는 수단으로 사용되는 초정밀 위치조절장치는 압전 작동기나 보이스코일 작동기 등이 널리 사용하고 있다. The ultra-precision positioning device, which is used as a means for finely adjusting the position, such as a wafer stage, is widely used by piezoelectric actuators and voice coil actuators.

압전 작동기는 높은 위치강성과 작동 분해능을 가지고 있어 초정밀 위치결정기구로의 기본 조건을 갖추고 있지만, 허용 변위가 수십 마이크로미터 내외로 너무 작고, 충격에 약하기 때문에 위치결정기구로서의 활용도가 극히 제한적이다. Piezoelectric actuators have high positioning stiffness and operating resolution, which is a basic condition for ultra-precision positioning mechanisms, but their use as positioning mechanisms is extremely limited because their permissible displacement is too small, around tens of micrometers, and they are fragile.

반면에 보이스코일 작동기는 10mm 내외의 작동범위를 갖추고 있어 스테이지 미소변위와 회전각도 제어용 초정밀 위치결정기구에 적합하지만, 로렌츠력(Lorentz force)을 사용하기 때문에 다량의 전류를 소비하면서도 작용력과 위치강성이 취약하여 정확도를 떨어뜨리고, 특히 초정밀 위치결정기구의 온도제어 환경을 교란시키므로 사용이 극히 제한적인 단점이 있다.On the other hand, the voice coil actuator has an operating range of about 10mm, which makes it suitable for ultra-precision positioning mechanisms for controlling stage microdisplacement and rotation angle.However, it uses Lorentz force, which consumes a large amount of current, Its weaknesses reduce its accuracy and, in particular, disturbs the temperature control environment of the ultra-precision positioning mechanism, which is extremely limited in use.

이와 같은 종래의 위치조절장치인 압전 작동기의 높은 위치강성과 보이스코일 작동기의 대변위 특성 모두를 구현하면서도 소비전력을 낮추기 위해서는 견인자기력을 사용하는 대변위 전자석 작동기를 구현하여야 하지만, 공극의 제곱에 반비례하여 견인력이 감소하는 견인식 전자석 작동기를 사용하여 대변위를 구현하기 위해서는 포화수준의 자속밀도가 필요하며, 이를 전자석만으로 구현한다면 보이스코일과 같이 많은 전력을 소비하게 되는 문제가 있다. To realize both the high position stiffness of the conventional piezo actuator and the large displacement characteristics of the voice coil actuator while reducing the power consumption, a large displacement electromagnet actuator using traction magnetism must be implemented, but inversely proportional to the square of the air gap. In order to implement a large displacement using a traction type electromagnet actuator which reduces traction force, a magnetic flux density of saturation level is required, and if only the electromagnet is implemented, there is a problem in that it consumes a lot of power like a voice coil.

본 발명은 위와 같은 종래 기술의 문제점을 해소하기 위해 개발된 것으로써, 일정한 자로에 다른 자로를 제공하여 자속이 통과하는 경로를 조절하여 견인자기력의 차이에 따라 생성되는 자로를 조절함에 의해 높은 위치강성과 대 변위 특성 모두 갖춘 위치조절장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. The present invention has been developed in order to solve the problems of the prior art as described above, by providing a different magnetic path to a certain magnetic path to adjust the path through which the magnetic flux passes by adjusting the magnetic path generated by the difference in the traction magnetic force high positional rigidity It is an object of the present invention to provide a positioning device with both excessive displacement characteristics.

이러한 본 발명의 위치조절장치는 링형상을 이루고 지지수단에 의해 이동 가 능하게 지지되어 있는 이동체와 ; 상기 이동체의 내벽과의 사이에 공극을 갖도록 이동체의 내부에 설치되고 고정수단에 의해 고정된 봉체 형상의 코어와 ; 상기 코어의 중간에 설치된 영구자석과 ; 상기 영구자석의 양측에 코어에 설치되어 상기 영구자석에서 발생된 자력과 서로 겹쳐지는 위치조절자로부와 영구자석의 자력과 분리되는 분리자로부를 갖는 자력을 발생시키는 전자석을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.The position adjusting device of the present invention comprises a movable body which forms a ring shape and is supported to be movable by a supporting means; A rod-shaped core installed in the movable body and fixed by fixing means to have a gap between the inner wall of the movable body; A permanent magnet installed in the middle of the core; It is characterized in that it comprises an electromagnet which is installed in the core on both sides of the permanent magnet and generates a magnetic force having a separator as a position controller and a separator separated from the magnetic force of the permanent magnet and the magnetic force generated in the permanent magnet .

본 발명은 일정한 방향으로 자로를 형성하는 영구자석으로부터 발생되는 자력과 겹쳐지거나 분리되게 자로를 형성하는 전자석으로 구성되어 보다 안정적으로 이동체를 이동시킬 수 있는 효과가 있다. The present invention is composed of an electromagnet forming the magnetic path to overlap or separate from the magnetic force generated from the permanent magnet to form the magnetic path in a certain direction has an effect that can move the moving body more stably.

또한, 안정화코일을 더 구비하여 이동한 이동체를 안정적으로 고정시킴으로써 이동체가 불필요하게 이동되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다. In addition, there is an effect that can be prevented from moving unnecessarily by moving the movable body further provided with a stabilizing coil stably fixed.

이하, 본 발명에 따른 위치조절장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. Hereinafter, the position adjusting device according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 따른 위치조절장치의 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 위치조절장치의 자속경로의 일예를 도시한 것이고, 도 3은 도 2에 도시한 위치조절장치의 등가회로이고, 도 4는 본 발명에 따른 위치조절장치의 다른 일예의 구성도이다. 1 is a configuration diagram of a position adjusting device according to the present invention, Figure 2 shows an example of the magnetic flux path of the position adjusting device according to the present invention, Figure 3 is an equivalent circuit of the position adjusting device shown in FIG. 4 is a configuration diagram of another example of the position adjusting apparatus according to the present invention.

도시한 바와 같이 본 발명에 따른 위치조절장치(1)는 서로의 자력이 간섭을 일으키는 영구자석(13)과 전자석(14)을 포함하여 구성된다. As shown, the position adjusting device 1 according to the present invention includes a permanent magnet 13 and an electromagnet 14, in which magnetic forces interfere with each other.

즉, 링형상을 이루고 지지수단에 의해 이동 가능하게 지지되어 있는 이동체(11)와 ; 상기 이동체(11)의 내벽과의 사이에 공극(11a, 11b)을 갖도록 이동체의 내부에 설치되고 고정수단에 의해 고정된 봉체 형상의 코어(12)와 ; 상기 코어(12)의 중간에 설치된 영구자석(13)과 ; 상기 영구자석(13)의 양측에 코어(12)에 설치되어 상기 영구자석(13)에서 발생된 자력과 서로 겹쳐지는 위치조절자로부(14a)와 영구자석의 자력과 분리되는 분리자로부(14b)를 갖는 자력을 발생시키는 전자석(14)을 포함하여 구성된다. That is, the movable body 11 which forms a ring shape and is supported so that a movement is possible by the support means; A rod-shaped core 12 installed inside the movable body so as to have voids 11a and 11b between the inner wall of the movable body 11 and fixed by fixing means; A permanent magnet 13 installed in the middle of the core 12; Positioner parts 14a installed on the cores 12 on both sides of the permanent magnet 13 and separated from the magnetic force generated in the permanent magnet 13 and the magnetic separator of the permanent magnet 14b are separated from each other. It is configured to include an electromagnet 14 for generating a magnetic force having a).

상기 이동체(11)는 이동시키고자 하는 대상이 올려져 이동되는 수단으로 저면은 가이드에 의해 지지되어 수평으로 이동할 수 있다. 이러한 이동체(11)가 이동 가능하게 지지하는 수단으로는 리니어 가이드(linear gaide)나 플랙셔 힌지(Flexure Hinges) 등을 사용할 수 있으나 이러한 가이드는 이미 잘 알려진 기술로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다. The movable body 11 is a means by which a target to be moved is lifted and moved, and a bottom surface thereof is supported by a guide to move horizontally. As a means for supporting the movable body 11 to be movable, a linear guide or a flexure hinge may be used, but such a guide is well known and the detailed description thereof will be omitted.

상기 이동체(11)는 도시한 바와 같이 사각 링 형상으로 구성되어 있어 중앙에 상기 코어(12)가 설치되어 있다. As shown in the figure, the movable body 11 has a rectangular ring shape, and the core 12 is provided at the center thereof.

상기 코어(12)는 상기 이동체(11)가 일정한 방향으로 이동되게 하기 위한 수단들이 설치되는 구성요소로서 도시한 바와 같이 이동체(11)의 내부에 설치되고 고정수단에 의해 장비에 고정되어 있다. The core 12 is installed inside the movable body 11 and is fixed to the equipment by fixing means as shown as a component in which means for allowing the movable body 11 to move in a constant direction are installed.

상기 코어(12)에는 영구자석(13)이 설치되어 있다. The core 12 is provided with a permanent magnet (13).

상기 영구자석(13)은 도시한 바와 같이 코어(12)의 중간에 위치하고, 봉체형 코어(12)의 축방향을 중심으로 대칭으로 한쌍이 설치되어 있다. The permanent magnet 13 is located in the middle of the core 12 as shown in the figure, and a pair is provided symmetrically about the axial direction of the rod-shaped core 12.

상기 코어(12)에 설치된 영구자석(13)과 이동체(11) 사이에는 공극(11a, 11b)이 형성되어 있다. The spaces 11a and 11b are formed between the permanent magnet 13 and the movable body 11 provided in the core 12.

상기 공극(11a, 11b)들은 위치조절공극(11a)과 가이드공극(11b)으로 구성되고, 상기 위치조절공극(11a)은 이동체(11)의 이동방향의 양측에 내면과 코어(12)의 단부 사이에 각각 형성된 틈이고, 상기 가이드공극(11b)은 이동체(11)가 이동되는 방향과 수직을 이루는 방향에 위치한 이동체(11)와 영구자석(13) 사이의 틈으로써, 위치조절공극(11a)과 가이드공극(11b)은 서로 수직 방향으로 배치되어 있다. The voids 11a and 11b are composed of a positioning gap 11a and a guide gap 11b, and the positioning gap 11a is formed at both ends of the inner surface and the core 12 in the moving direction of the moving body 11. The guide gaps 11b are gaps formed between the moving bodies 11 and the permanent magnets 13 in the direction perpendicular to the direction in which the moving body 11 is moved. And the guide gap 11b are arranged in a perpendicular direction to each other.

도 1, 도 2 a 및 도 4에 도시한 바와 같이, 상기 전자석(14)은 상기 영구자석(13)을 중심으로 코어(12)의 양단에 설치되어 있으며, 이들은 서로 직렬로 연결되어 있어 하나의 자로를 형성하며, 전자석(14)에 의해 형성된 자로는 상기 영구자석(13)들에 의해 형성되어 자력을 감싸도록 형성된다. 1, 2 a and 4, the electromagnet 14 is installed at both ends of the core 12 around the permanent magnet 13, they are connected in series to each other A magnetic path is formed, and the magnetic path formed by the electromagnet 14 is formed by the permanent magnets 13 to surround the magnetic force.

상기한 바와 같이 상기 전자석(14)은 영구자석(13)을 감싸는 형태로 자력이 형성되도록 설치되어 있으며, 이렇게 전자석에 의해 형성된 자력선은 도 2 및 도 4에 도시한 바와 같이, 위치조절자로부(14a)와 분리자로부(14b)를 포함하고 있으며, 위치조절자로부(14a)는 위치조절공극(11a)에 위치하고, 분리자로부(14b)는 가이드공극(11b)에 위치되어 있다. As described above, the electromagnet 14 is installed to form a magnetic force in a form surrounding the permanent magnet 13, and the magnetic force lines formed by the electromagnet are shown in FIG. 2 and FIG. 14a) and a separator passage portion 14b, the position adjuster portion 14a is positioned in the position adjusting gap 11a, and the separator passage portion 14b is positioned in the guide cavity 11b.

이렇게 구성된 위치조절장치는 상기 전자석(14)에 공급되는 전류의 방향에 따라 자력의 방향이 바뀌어 이동체가 이동하게 되며, 통상적으로 영구자석(13)에 의해 형성된 자력과 전자석(14)에 의해 발생된 자력은 상기 위치조절자로부(14a)에서는 서로 겹쳐져 자력이 증가(도 2 및 도 4의 좌측)하고, 다른 쪽은 자력이 상쇄(도 2 및 도 4의 좌측)되어 이동체(11)가 어느 일방향 (도 2에서는 우측방향)으로 이동하게 된다. The position adjusting device configured as described above moves the moving body by changing the direction of the magnetic force according to the direction of the current supplied to the electromagnet 14, and is typically generated by the magnetic force formed by the permanent magnet 13 and the electromagnet 14. The magnetic force is overlapped with each other in the position adjuster portion 14a to increase the magnetic force (left side of Figs. 2 and 4), the other side of the magnetic force is canceled (left side of Figs. 2 and 4), the moving body 11 in any one direction (Right direction in Fig. 2).

그러나 분리자로부(14b)의 자력은 영구자석(13)에 의해 형성된 자력에 영향을 미치지 못하므로 영구자석(13)에 의해 발생된 자력에 의해서만 이동체(11)에 영향을 미치게 되고, 이 영구자석(13)에 의해 형성된 저력의 방향은 도 2 및 도 4에 도시한 바와 같이 서로 반대 방향이 되므로 이동체(11)는 이동방향과 수직을 이루는 방향으로의 이동은 발생되지 않게 된다. However, since the magnetic force of the separator 14b does not affect the magnetic force formed by the permanent magnet 13, the magnetic force generated by the permanent magnet 13 affects the movable body 11 only. Since the direction of the low force formed by (13) becomes opposite to each other as shown in Figs. 2 and 4, the moving body 11 does not generate movement in the direction perpendicular to the moving direction.

상기와 같이 구성된 본 발명의 위치조절장치는 상기 영구자석(13)과 전자석(14)에 의해 발생된 자력은 이동체의 이동방향과 수직을 이루는 방향 즉, 도면 상에서 좌,우측 방향과 수직을 이루는 상하 방향에 대하여는 자속밀도변화가 없어 이동방향과 수직을 이루는 방향으로는 아무런 작용이 일어나지 않는다. In the position adjusting device of the present invention configured as described above, the magnetic force generated by the permanent magnets 13 and the electromagnets 14 is perpendicular to the moving direction of the moving body, that is, the upper and lower sides perpendicular to the left and right directions on the drawing. There is no change in magnetic flux density in the direction, so no action occurs in the direction perpendicular to the moving direction.

그러나 구조적인 문제에 의해 기생자기력(stray magnetic force)이 발생하여 이동방향과 수직을 이루는 방향으로의 변위도 발생하게 되며, 이는 미세한 위치조절을 요구하는 본 발명과 같은 초정밀 위치조절기구에서는 정밀도 저하의 원인이 된다. However, due to structural problems, stray magnetic force is generated and displacement in a direction perpendicular to the moving direction occurs, which is a problem of precision deterioration in an ultra-precision positioning mechanism such as the present invention that requires fine positioning. Cause.

따라서, 이러한 원하지 않는 방향으로의 변위를 방지하기 위해 자속 안정화수단(magnetic flux stabilizer)이 요구된다. Thus, magnetic flux stabilizers are required to prevent such unwanted displacements.

이러한 자속 안정화수단으로는 안정화코일(15)이 사용될 수 있다. As the flux stabilization means, a stabilization coil 15 may be used.

상기 안정화코일(15)은 도 4에 도시한 바와 같이 코어(12)에 형성된 홈에 코일을 매설하여 구성되며, 이는 상기 영구자석(13)들 사이에 매설되고, 이동체(11)의 이동방향과 수직을 이루는 방향 즉, 이동체의 이동 방향과 수직을 이루는 지면을 향한 방향으로 설치된다. The stabilization coil 15 is formed by embedding a coil in a groove formed in the core 12, as shown in Figure 4, which is embedded between the permanent magnets 13, and the moving direction of the moving body 11 It is installed in a vertical direction, that is, a direction toward the ground perpendicular to the moving direction of the moving body.

이렇게 설치된 안정화코일(15)은 전원인 인가되면 자력을 발생하여 영구자석에 의해 발생된 바력에 영향을 주되, 아래쪽의 자속 밀도보다 위쪽의 자속 밀도가 높아지게 하여 이동체(11)가 지면을 향한 방향으로 힘을 받게 되어 이동체가 정지된 상태에서 움직이지 않게 된다. The stabilization coil 15 installed as described above generates magnetic force and affects the bar force generated by the permanent magnet, but the magnetic flux density of the upper magnetic flux becomes higher than the magnetic flux density of the lower portion so that the moving body 11 faces the ground. Under the force, the moving object stops moving in a stationary state.

상기와 같이 구성된 위치조절장치는 상기 전자석(14)에 공급되는 전원을 제어하여 이동체(11)의 이동을 제어하기 위한 제어수단(2)을 더 구비하고 있으며, 상기 제어수단(2)은 상기 전자석(14)에 공급되는 전류를 제어하는 위치제어서보(21)와 ; 상기 이동체(11)를 감지하여 이동체의 이동 거리를 감지하는 위치감지수단(22)을 포함하여 구성되고, 상기 위치감지수단(22)으로는 레이저 간섭계 등을 사용할 수 있다. The position adjusting device configured as described above is further provided with a control means (2) for controlling the movement of the moving body 11 by controlling the power supplied to the electromagnet 14, the control means (2) is the electromagnet A position controller 21 for controlling a current supplied to the 14; It comprises a position detecting means 22 for detecting the moving distance of the moving object by sensing the moving body 11, the position detecting means 22 may be used a laser interferometer.

상기 제어수단(2)을 구성하는 각 구성요소는 이미 개랍되어 사용되는 것 중 하나를 선택하여 사용할 수 있는 것으로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다. Each component constituting the control means 2 can be used to select one of those that are already separated and used, a detailed description thereof will be omitted.

이하, 상기와 같이 구성된 본 발명의 위치조절장치의 구동을 설명한다. Hereinafter, the driving of the position adjusting device of the present invention configured as described above.

상기한 바와 같이, 사각 링 형상의 이동체(11)는 리니어 가이드나 플랙셔 힌지 등에 설치되어 주 작동방향(도면상에서 좌,우측 방향)으로만 자유도를 갖는 다. As described above, the rectangular ring-shaped moving body 11 is installed in a linear guide or flexure hinge and the like and has a degree of freedom only in the main operation direction (left and right directions on the drawing).

상기 코어(12)는 사각이나 원형 단면의 막대 형상으로 중앙에는 측면 방향으로 희토류 영구자석(13)이 설치되어 있으며, 영구자석(13)에 의해서 생성된 포화 자기장은 사각 링 형상의 이동체(11)와 영구자석(13)이 인접한 영역을 통과하여 상기 코어(12)의 폴 전면 방향으로 되돌아오는 자속 루프를 형성하며, 코어(12)와 이동체(11) 사이에 형성된 위치조절공극(11a)이 좌, 우가 동일한 경우에는 영구자석(13)에 의해서 생성된 자속은 서로 대칭 형상을 가지고 있게 되며, 따라서, 좌/우측에서의 견인 자기력은 서로 상쇄된다. The core 12 has a rod shape of a square or circular cross section, and a rare earth permanent magnet 13 is installed in the lateral direction at the center thereof, and the saturated magnetic field generated by the permanent magnet 13 has a rectangular ring-shaped moving body 11. And the permanent magnet 13 pass through an adjacent region to form a magnetic flux loop that returns to the pole front direction of the core 12, and the positioning gap 11a formed between the core 12 and the movable body 11 is left. When the right and the same are the same, the magnetic fluxes generated by the permanent magnets 13 have symmetrical shapes, and thus the traction magnetic forces on the left and right sides cancel each other.

상기 영구자석(13)의 좌, 우에 설치된 전자석(14)은 서로 직렬로 연결되어 하나의 전자석 회로를 형성하여 전자석(14)에 의해서 생성되는 자력의 자로는 도 2 및 도 4에 도시한 바와 같이, 이동체(11)의 일부를 통과하여 코어(12)의 양쪽 폴 면을 관통하는 하나의 큰 루프를 형성한다. Electromagnets 14 installed on the left and right sides of the permanent magnet 13 are connected in series to each other to form a single electromagnet circuit to generate magnetic force generated by the electromagnet 14 as shown in FIGS. 2 and 4. One large loop passes through a portion of the moving body 11 and passes through both pole faces of the core 12.

도 2 및 도 4에 도시한 바와 같이, 상기 영구자석(13)의 자로와 전자석(14)의 자로는 실제적으로 하나로 합쳐지면서 좌측에서는 영구자석(13)의 자속과 전자석(14)의 자속이 합쳐지면서 자속 밀도가 증가하는 반면에 우측에서는 영구자석의 자속과 전자석의 자속이 서로 상쇄되어 자속 밀도가 감소하는 것을 알 수 있다. As shown in FIGS. 2 and 4, the magnetic path of the permanent magnet 13 and the magnetic path of the electromagnet 14 are actually merged into one, while the magnetic flux of the permanent magnet 13 and the magnetic flux of the electromagnet 14 are combined on the left side. As the magnetic flux density increases, the magnetic flux density of the permanent magnet and the magnetic flux of the electromagnet cancel each other and decrease the magnetic flux density.

상기 이동체(11)와 코어(12)의 폴 면 사이에서 생성되는 견인 자기력은 자속밀도와 면적에 비례하고 간극의 제곱에 반비례하므로, 좌측의 위치조절공극(11a)에서의 견인력은 증가하는 반면에 우측의 위치조절공극(11a)에서의 견인력은 감소하므로 이동체(11)는 우측으로 작용력을 받게 되나, 영구자석(13)과 이동체(11) 사이 의 가이드공극(11b)들에서의 총 자속량은 변화가 없으므로 이동방향과 수직을 이루는 방향으로의 견인 자기력은 서로 상쇄되기 때문에 영구자석 자속에 전자석 자속이 합쳐진다고 하여도 수직방향으로는 변위는 없게 된다. Since the traction magnetic force generated between the movable body 11 and the pole face of the core 12 is proportional to the magnetic flux density and the area and inversely proportional to the square of the gap, the traction force in the left positioning gap 11a increases while Since the traction force in the positioning air gap 11a on the right side decreases, the moving body 11 receives an acting force to the right side, but the total magnetic flux in the guide gaps 11b between the permanent magnet 13 and the moving body 11 is Since there is no change, the traction magnetic forces in the direction perpendicular to the moving direction cancel each other, so even if the electromagnet magnetic flux is combined with the permanent magnet magnetic flux, there is no displacement in the vertical direction.

상기 전자석(14)에 흐르는 전류의 방향을 반전시키면 이동체(11)는 반대 방향으로 힘을 받게 된다. When the direction of the current flowing through the electromagnet 14 is reversed, the movable body 11 is forced in the opposite direction.

상기한 바와 같이, 본 발명의 위치조절장치에서 영구자석에 의해서 생성된 자력에 위치조절공극(11a)에 견인력이 발생되나, 이 견인 자기력은 간극의 제곱에 반비례하는 특성을 가지고 있기 때문에 전자석(14)의 자력을 사용하여 위치 안정화 제어를 수행치 않으면 한 쪽으로 들러붙는 특성을 가지고 있게 되며, 이에 따라 원하는 위치에서 안정화시키기 위해서는 이동체 위치를 검출하여 귀환제어 시스템을 구축하여야 하며, 이러한 귀환제어 시스템이 상기한 제어수단이다. As described above, in the position adjusting device of the present invention, the traction force is generated in the position adjusting gap 11a in the magnetic force generated by the permanent magnet, but the traction magnetic force is inversely proportional to the square of the gap. If you do not perform position stabilization control using magnetic force of), it has the characteristic of sticking to one side. Therefore, in order to stabilize at a desired position, it is necessary to construct a feedback control system by detecting the position of the moving object. One control means.

상기 제어수단(2)은 이동체(11) 또는 이동체가 설치된 테이블의 위치 검출을 위해서 상기 위치감지수단(22)을 구비하고 있으며, 이 위치감지수단(22)의 위치검출 신호를 사용하여 제어하고자 하는 목표위치로의 귀환제어를 수행하면서 위치제어서보(21)에서 제어신호를 전송함으로써 전류증폭기가 코일에 흐르는 전류의 방향과 크기를 제어하면 이동체(11)의 위치를 이동시키고 이동된 후 안정적으로 이동체가 멈춘 상태가 되게 한다. The control means 2 is provided with the position detecting means 22 for detecting the position of the movable body 11 or the table on which the movable body is installed, which is to be controlled by using the position detecting signal of the position detecting means 22. When the current amplifier controls the direction and magnitude of the current flowing through the coil by transmitting a control signal from the position control 21 while performing the feedback control to the target position, the movable body 11 is moved and stably moved. To stop.

도 3에는 본 발명의 이해를 돕기 위해 본 발명의 위치조절장치의 위치강성과 전류강성을 검증하기 위한 등가 회로를 도시하였으며, 이에 대한 지배방정식 해석을 통하여 위치조절장치의 작용력을 산출할 수 있다. 3 shows an equivalent circuit for verifying the position stiffness and the current stiffness of the position adjusting device of the present invention to aid the understanding of the present invention, and the actuation force of the position adjusting device can be calculated through the analysis of the governing equation.

도 2에 도시한 바와 같이, 상기 영구자석(13)과 전자석(14)은 두 개의 루프를 형성하고 있으며, 영구자석과 전자석은 자속의 소스(source)이며, 위치조절공극(11a)은 저항으로 치환할 수 있다. As shown in FIG. 2, the permanent magnets 13 and the electromagnets 14 form two loops, the permanent magnets and the electromagnets are sources of magnetic flux, and the position adjusting pores 11a are formed of resistance. It can be substituted.

철심의 자로 길이는 공극의 수천분의 일에 불과하므로 도선으로 치환할 수 있고, 이럴게 치환한 상태에서의 등가회로는 도 3에 도시한 바와 같다. Since the length of the iron core is only one-thousandth of the pores, the length of the iron core can be replaced by a conductive wire. In this state, the equivalent circuit is as shown in FIG. 3.

도시한 바와 같이, 등가회로는 두 개의 자속 루프를 가지고 있으며, 루프 해석법을 사용하면 다음과 같이 지배방정식을 도출할 수 있다. As shown, the equivalent circuit has two flux loops, and using the loop analysis method, the governing equation can be derived as follows.

여기서 here

: 투자율(ermeability) 상수

Is the constant of permeability

: 영구자석의 상대 투자율(1.05 내외)

: Relative magnetic permeability of permanent magnet (about 1.05)

A : 전자석의 폴 단면적A: Paul cross section of electromagnet

: 영구자석의 폴 단면적

: Pole cross section of permanent magnet

: 영구자석에 의한 공극(영구자석 두께+공극)

: Air gap by permanent magnet (permanent magnet thickness + gap)

: 폴 공극

Paul gap

x : 이동체의 변위x: displacement of moving object

: 영구자석의 잔류 플럭스 밀도(약 1.02 Tesla)

: Residual flux density of permanent magnet (approximately 1.02 Tesla)

: 권선수 × 전류 = magnetomotive force

: Number of turns × current = magnetomotive force

: 플럭스 루프

Flux loop

위 식의 정리를 통해서 이동체(11)에 작용하는 작용력(f)을 이동체의 변위(x)에 대해서 산출하면 If the force (f) acting on the mobile body 11 is calculated with respect to the displacement x of the mobile body through the theorem,

이며, 이를 각각 변위(x)와 전류(i)에 대해서 미분하면 전류강성과 위치강성을 구할 수 있다. By differentiating this with respect to displacement (x) and current (i), respectively, current stiffness and position stiffness can be obtained.

전류강성(

)는Current stiffness (

)

위치강성(

)는Position rigidity

)

이다. to be.

상기 위치강성(

)은 이동체(11)를 아동시키는 작용력에 음의 영향을 끼치며, 이는 위치 변화에 대해서 불안정함을 의미하지만, 전류강성(

)이 이를 상쇄하게 되어서, 안정상태를 유지하면서 위치 서보 제어 기능을 수행하게 되는 것이다. The position rigidity (

) Negatively affects the force acting on the moving body 11, which means that it is unstable with a change in position, but the current stiffness (

) Cancels this, and performs the position servo control function while maintaining a stable state.

상기한 바와 같이, 본 발명의 위치조절장치는 이동체(11)의 이동방향과 수직 을 이루는 방향에 대해서는 자속 밀도의 변화가 없기 때문에 아무런 작용력도 생성되지 않지만, 구조적인 문제에 의해 기생자기력이 발생되고, 이에 따른 효율성 저하를 방지하기 위한 수단이 요구된다. As described above, since the position adjusting device of the present invention does not change the magnetic flux density in the direction perpendicular to the moving direction of the moving body 11, no action force is generated, but parasitic magnetic force is generated due to structural problems. Therefore, a means for preventing such a decrease in efficiency is required.

기생자기력을 제거하기 위해 상기 안정화코일(15)을 구비하고 있으며, 이 안정화코일은 상기한 바와 같이 지면을 향한 방향으로 코어(12)에 2열로 배설되고 서로 연결되어 루프를 형성하며, 도 4에 도시된 도면상에서 코일의 우측으로 전류가 유입되고 좌측으로 전류가 유출된다면 수직 상향으로의 자기장이 생성되면서 영구자석(13)의 위쪽의 자속밀도가 아래쪽의 자속밀도보다 높아지게 되므로, 이동체는 아래쪽으로 작용력을 받게되어 안정정으로 고정되고, 안정화코일(15)에 흐르는 전류의 방향을 반전시킨다면 작용력의 작용방향 역시 반전되어 이동체(11)가 이동가능한 상태가 된다. In order to remove the parasitic magnetic force, the stabilizing coil 15 is provided. The stabilizing coils are arranged in two rows on the core 12 in the direction toward the ground as described above, and are connected to each other to form a loop. If the current flows in the right side of the coil and the current flows out on the left side in the drawing, the magnetic flux in the vertical upward direction is generated and the magnetic flux density of the upper part of the permanent magnet 13 becomes higher than the magnetic flux density of the lower part. Received and fixed to the stable, and if the direction of the current flowing in the stabilizing coil 15 to reverse the direction of action of the action force is also reversed to move the movable body (11).

이러한 이동체 안정화 수단의 경우에도 이동체(11)의 미소변위 측정을 통해 수직방향으로의 기생자기력을 감지하고 이를 안정화시켜야하므로, 이동체의 수직방향 변위를 제어하기 위한 제어수단을 더 구비할 수 있으나, 이는 수직방향 기생자기력은 이동체(1)의 이송방향 전자기력 변화에 비해 아주 작으므로, 상기 전자석(13)의 제어수단을 구성하는 전류증폭기 및 전자석 코일의 용량보다 작은 전류증폭기 및 전자석 코일로 구성될 수 있다. In the case of the mobile stabilization means, the parasitic magnetic force in the vertical direction must be sensed and stabilized through the micro displacement measurement of the mobile body 11, and thus, the control means for controlling the vertical displacement of the mobile body may be further provided. Since the parasitic magnetic force in the vertical direction is very small compared to the change in the electromagnetic direction in the moving direction of the moving body 1, the parasitic magnetic force may be composed of a current amplifier and an electromagnet coil smaller than the capacity of the current amplifier and the electromagnet coil constituting the control means of the electromagnet 13. .

도 1은 본 발명에 따른 위치조절장치의 구성도이고, 1 is a block diagram of a position adjusting device according to the present invention,

도 2는 본 발명에 따른 위치조절장치의 자속경로의 일예를 도시한 것이고, Figure 2 shows an example of the magnetic flux path of the position adjusting device according to the present invention,

도 3은 도 2에 도시한 위치조절장치의 등가회로이고, 3 is an equivalent circuit of the position adjusting device shown in FIG.

도 4는 본 발명에 따른 위치조절장치의 다른 일예의 구성도이다. 4 is a configuration diagram of another example of the position adjusting apparatus according to the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>Description of the Related Art [0002]

1 : 작동수단1: operating means

11 : 이동체 11: mobile body

12 : 코어 12: core

13 : 영구자석 13: permanent magnet

14 : 전자석 14: electromagnet

15 : 안정화코일 15: Stabilization coil

2 : 제어수단2: control means

21 : 위치제어서보 21: position control

22 : 위치감지수단 22: position detection means

Claims

A moving body 11 that forms a ring shape and is supported to be movable by a supporting means;

A rod-shaped core 12 installed inside the movable body so as to have voids 11a and 11b between the inner wall of the movable body 11 and fixed by fixing means;

A permanent magnet 13 installed in the middle of the core 12;

Positioner parts 14a installed on the cores 12 on both sides of the permanent magnet 13 and separated from the magnetic force generated in the permanent magnet 13 and the magnetic separator of the permanent magnet 14b are separated from each other. It is configured to include an electromagnet 14 for generating a magnetic force having

Positioning device, characterized in that the core 12 is further provided with a stabilizing coil (15).

The method of claim 1,

Positioning device, characterized in that the permanent magnet 13 is installed in a pair symmetrically on both sides of the middle of the core (12).

The method according to claim 1 or 2,

The electromagnet 14 is connected in series with each other, the position adjustment device, characterized in that is formed to surround the permanent magnet (13).

The method of claim 3, wherein

The movable body 1 is formed in a rectangular ring shape, the voids 11a and 11b are composed of a positioning gap 11a and a guide gap 11b, and the positioning gap 11a and a guide gap 11b are formed. Positioned in the vertical direction with each other, the position adjusting cavity (11a) is located in the position adjuster portion (14a), the guide gap (11b) is a position adjusting device, characterized in that located in the separator (14b).

delete

The method of claim 1,

The stabilizing coil 15 is embedded between the permanent magnets (13), the position adjusting device, characterized in that installed in a direction perpendicular to the moving direction of the moving body.

The method of claim 6,

The position adjusting device is further provided with a control means (2) for controlling the movement of the moving body 11 by controlling the power supplied to the electromagnet 14,

The control means (2) includes a position control servo (21) for controlling a current supplied to the electromagnet (14);

Positioning device characterized in that it comprises a position detecting means for detecting the moving distance of the moving object by detecting the moving body (11).

The method of claim 7, wherein

The position detecting means 22 is a position adjusting device, characterized in that the laser interferometer.