KR101050164B1 - Linear motor and control method - Google Patents
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Abstract
구조를 간소화할 수 있으며, 안정성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있는 리니어 모터 및 그 제어방법이 개시된다. 극성이 교번되게 배치되는 복수개의 영구자석을 갖는 고정자, 고정자와의 상호 작용에 의해 직선 구동하는 가동자, 및 위상차를 갖도록 가동자 상에 제공되어 극성 판별을 통해 가동자의 위상을 측정하는 복수개의 리니어홀센서를 포함하며, 별도의 스케일 없이 가동자의 이동 거리를 제어하는 리니어 모터의 제어방법은, 복수개의 리니어홀센서를 통해 각 영구자석의 극성에 따른 자속을 선형적으로 감지하여 각 영구자석의 극성 변화에 대한 정현파(sine curve) 아날로그 신호를 생성하는 단계, 정현파 아날로그 신호를 펄스 신호로 변환하는 단계, 및 펄스 신호를 이용하여 가동자의 이동 거리를 제어하는 단계를 포함한다.Disclosed are a linear motor and a control method thereof capable of simplifying the structure and improving stability and reliability. A stator having a plurality of permanent magnets arranged alternately in polarity, a mover linearly driven by interaction with the stator, and a plurality of linears provided on the mover to have a phase difference to measure the phase of the mover through polarity determination The linear motor control method includes a hall sensor and controls the moving distance of the mover without a separate scale by linearly detecting magnetic flux according to the polarity of each permanent magnet through a plurality of linear hall sensors. Generating a sine curve analog signal for the change, converting the sinusoidal analog signal into a pulse signal, and controlling the moving distance of the mover using the pulse signal.
리니어 모터, 고정자, 영구자석, 가동자, 리니어홀센서, 폴피치 Linear motor, stator, permanent magnet, mover, linear hall sensor, pole pitch
Description
본 발명은 리니어 모터에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 구조를 간소화할 수 있으며, 안정성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있는 리니어 모터 및 그 제어방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a linear motor, and more particularly, to a linear motor capable of simplifying a structure and improving stability and reliability, and a control method thereof.
리니어 모터는 직선 구동력을 직접 발생시킬 수 있기 때문에 별도의 기계적인 변환장치를 필요로 하지 않고, 비접촉식 운동방식으로 직선구동을 하기 때문에 고속 운전 및 정숙 운전을 할 수 있으며, 정밀한 운전이 가능하다는 장점으로 인해 각종 산업분야에서 널리 사용되고 있다.Since linear motors can directly generate linear driving force, they do not require a separate mechanical converter, and because they operate linearly in a non-contact motion method, they can operate at high speed and quietly, and are capable of precise operation. Therefore, it is widely used in various industries.
일반적으로 리니어 모터는 극성이 교번되게 영구자석이 배치된 고정자, 가동자코어에 가동자코일이 권선된 가동자를 포함하여 구성되며, 상기 가동자코일에 전류가 인가됨에 따라 가동자코일에서 발생하는 자기력과 영구자석의 자기력 사이의 상호 작용에 의해 직선의 추력이 발생하게 된다.In general, the linear motor includes a stator in which permanent magnets are alternately arranged in polarity and a mover in which a mover coil is wound around the mover core, and a magnetic force generated in the mover coil as a current is applied to the mover coil. The thrust of the straight line is generated by the interaction between and the magnetic force of the permanent magnet.
아울러, 리니어 모터에서는 필연적으로 가동자의 위치 정보에 대한 검출이 이루어져야 한다. 즉, 리니어 모터의 구동시 가동자의 위치 정보가 정확히 검출되지 않으면 요구되는 정확한 위치로의 이동이 어렵고, 추력 및 속도의 안정성이 저 하되는 문제점이 있기 때문에, 리니어 모터에서는 가동자의 절대위치(임의의 좌표 기준점에 대한 위치)와 이동 위치에 대한 검출이 정확하게 이루어져야 한다.In addition, the linear motor must inevitably detect the position information of the mover. That is, if the positional information of the mover is not accurately detected when the linear motor is driven, it is difficult to move to the exact position required, and the stability of the thrust and the speed is lowered. The position relative to the coordinate reference point) and the position of movement must be accurately detected.
리니어 모터에서 가동자의 위치 정보를 검출하기 위한 방법의 하나로서, 기존에는 가동자 측에 설치되어 고정자 영구자석의 자속을 측정하는 홀센서를 이용하여 가동자의 위상을 검출하고, 고정자 측에 설치되는 리니어 스케일 및 가동자 측에 설치되어 리니어 스케일을 검출하는 센서헤드를 이용하여 가동자의 이동 위치(이동량)를 검출할 수 있도록 한 방식이 제시된 바 있다.One of the methods for detecting the position information of the mover in the linear motor, which is conventionally installed on the mover side to detect the phase of the mover using a hall sensor that measures the magnetic flux of the stator permanent magnet, and is installed on the stator side. A method for detecting the moving position (movement amount) of the mover using a sensor head installed on the scale and the mover side to detect the linear scale has been proposed.
그러나, 기존에는 가동자의 이동량을 검출하기 위해 별도의 리니어 스케일을 구비해야 하기 때문에, 구조가 복잡해지고 제조비용 및 제조시간이 과다하게 소요되어 경제적이지 못한 문제점이 있다. 즉, 리니어 스케일의 정밀도는 리니어 모터의 구동 신뢰성 및 안정성에 많은 영향을 미치기 때문에, 리니어 스케일은 매우 높은 정밀도를 갖도록 제작될 수 있어야 하지만, 고 정밀도를 갖는 리니어 스케일은 매우 고가이기 때문에 생산 원가를 상승시키는 문제점이 있다.However, conventionally, since a separate linear scale has to be provided in order to detect the moving amount of the mover, the structure is complicated, manufacturing cost and manufacturing time are excessively consumed, and there is a problem in that it is not economical. That is, since the precision of the linear scale greatly affects the driving reliability and stability of the linear motor, the linear scale should be able to be manufactured with very high precision, but the linear scale with high precision is very expensive, thus increasing the production cost. There is a problem.
본 발명은 구조 및 제조공정을 간소화할 수 있는 리니어 모터 및 그 제어방법을 제공한다.The present invention provides a linear motor and a control method thereof that can simplify the structure and manufacturing process.
특히, 본 발명은 별도의 리니어 스케일을 배제하고 리니어홀센서 및 영구자석을 이용하여 가동자의 절대위치와 이동 위치를 검출할 수 있는 리니어 모터 및 그 제어방법을 제공한다.In particular, the present invention provides a linear motor and a control method thereof capable of detecting an absolute position and a moving position of a mover by using a linear hall sensor and a permanent magnet without removing a separate linear scale.
또한, 본 발명은 구동 안정성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있으며, 생산 원가를 절감할 수 있는 리니어 모터 및 그 제어방법을 제공한다.In addition, the present invention can improve the driving stability and reliability, and provides a linear motor and a control method thereof that can reduce the production cost.
상술한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 극성이 교번되게 배치되는 복수개의 영구자석을 갖는 고정자, 고정자와의 상호 작용에 의해 직선 구동하는 가동자, 및 위상차를 갖도록 가동자 상에 제공되어 극성 판별을 통해 가동자의 위상을 측정하는 복수개의 리니어홀센서를 포함하며, 별도의 스케일 없이 가동자의 이동 거리를 제어하는 리니어 모터의 제어방법은, 복수개의 리니어홀센서를 통해 각 영구자석의 극성에 따른 자속을 선형적으로 감지하여 각 영구자석의 극성 변화에 대한 정현파(sine curve) 아날로그 신호를 생성하는 단계, 정현파 아날로그 신호를 펄스 신호로 변환하는 단계, 및 펄스 신호를 이용하여 가동자의 이동 거리를 제어하는 단계를 포함한다.According to a preferred embodiment of the present invention for achieving the above object of the present invention, a stator having a plurality of permanent magnets of alternating polarity, a linearly driven mover by interaction with the stator, and a phase difference It includes a plurality of linear hall sensor provided on the mover to measure the phase of the mover by polarity determination, the control method of the linear motor to control the moving distance of the mover without a separate scale, through a plurality of linear hall sensor Linearly detecting the magnetic flux according to the polarity of each permanent magnet to generate a sine curve analog signal for each polarity change of the permanent magnet, converting the sinusoidal analog signal into a pulse signal, and using a pulse signal Controlling the moving distance of the mover.
본 발명은 고정자에 대한 가동자의 이동량을 센싱하기 위한 별도의 리니어 스케일을 배제하고, 영구자석의 극성에 따른 자속을 선형적으로 감지하여 각 영구자석의 극성 변화에 대한 정현파(sine curve) 아날로그 신호를 생성하는 리니어홀센서를 이용하여 가동자의 이동거리를 제어하도록 구성된다. 즉, 기존에는 자석의 극성 변화를 단순히 온(on)/오프(off) 신호로 출력하는 일반 홀센서를 이용하여 영구자석에 대한 가동자의 위상을 확인하고, 별도의 리니어 스케일을 통해 가동자의 이동량을 검출해야 했다. 하지만, 본 발명에서는 리니어홀센서를 통해 검출되는 정현파 아날로그 신호를 이용하여 영구자석에 대한 가동자의 위상을 확인함과 아울러 입력 펄스 신호를 산출하여 가동자의 이동량을 제어할 수 있다.The present invention excludes a separate linear scale for sensing the amount of movement of the mover with respect to the stator, and linearly detects the magnetic flux according to the polarity of the permanent magnet to provide a sine curve analog signal for a change in polarity of each permanent magnet. It is configured to control the moving distance of the mover by using the linear hall sensor to generate. In other words, the phase of the mover for the permanent magnet is checked by using a general hall sensor that simply outputs a change in the polarity of the magnet as an on / off signal, and the moving amount of the mover is measured through a separate linear scale. Had to be detected. However, in the present invention, the amount of movement of the mover can be controlled by checking the phase of the mover with respect to the permanent magnet using a sinusoidal analog signal detected through the linear hall sensor and calculating an input pulse signal.
한편, 영구자석 간의 배치 간격은 영구자석의 가공오차 및 제작오차에 의해 일정 이상의 고 정밀도를 가지기 어렵기 때문에, 영구자석의 오차에 의한 가동자의 구동 오차를 보정하기 위한 초기화 단계가 포함될 수 있다. 일 예로, 리니어 모터의 초기화 단계는, 가동자를 기설정된 기준위치에 배치하는 단계, 가동자를 일정 속도로 구동시켜 리니어홀센서로 영구자석 간의 길이를 차례로 스캐닝하는 단계, 리니어홀센서를 통해 출력되는 정현파 아날로그 신호를 체배(multiplying)하여 각 영구자석 간의 길이 대응되는 단위 폴피치(pole pitch)를 산출하는 단계, 및 산출된 단위 폴피치를 메모리부에 저장하는 단계를 포함할 수 있으며, 펄스 신호를 이용하여 가동자의 이동 거리를 제어하는 단계에서, 가동자는 단위 폴피치 단위(n개×단위 폴피치, n은 자연수)로 이동할 수 있다.On the other hand, since the arrangement interval between the permanent magnets is difficult to have a certain or more high precision due to the machining error and manufacturing error of the permanent magnet, an initialization step for correcting the drive error of the mover due to the error of the permanent magnet may be included. For example, the initializing of the linear motor may include: arranging the mover at a predetermined reference position, driving the mover at a constant speed, and sequentially scanning the lengths between the permanent magnets with the linear hall sensor, and a sine wave output through the linear hall sensor. Multiplying the analog signal to calculate unit pole pitches corresponding to the lengths between the permanent magnets, and storing the calculated unit pole pitches in the memory unit, using a pulse signal In the step of controlling the moving distance of the mover, the mover can move in unit pole pitch units (n × unit pole pitch, n is a natural number).
아울러, 정현파 아날로그 신호를 체배하여 단위 폴피치를 산출하는 방법은 요구되는 조건 및 처리환경에 따라 다양한 방식이 적용될 수 있다. 일 예로, 단위 폴피치를 산출하는 단계는, 정현파 아날로그 신호를 연산하여 입력 아날로그 신호를 생성하는 단계, 및 입력 아날로그 신호를 변환하여 입력 펄스 신호에 대응되는 단위 폴피치를 산출하는 단계를 포함할 수 있다.In addition, a method of calculating a unit pole pitch by multiplying a sinusoidal analog signal may be applied in various ways according to a required condition and a processing environment. For example, calculating the unit pole pitch may include generating an input analog signal by calculating a sinusoidal analog signal, and calculating a unit pole pitch corresponding to the input pulse signal by converting the input analog signal. have.
그리고, 단위 폴피치를 산출하는 단계에서, 단위 폴피치는 각 영구자석 간의 길이별로 개별적으로 구분되어 산출될 수 있다. 경우에 따라서는, 단위 폴피치를 산출하는 단계에서, 단위 폴피치는 각 영구자석 간의 길이 전체를 기준으로 평균적으로 산출될 수 있다.In the calculating of the unit pole pitch, the unit pole pitch may be separately divided and calculated for each length between the permanent magnets. In some cases, in the calculating of the unit pole pitch, the unit pole pitch may be calculated on the basis of the entire length of each permanent magnet.
본 발명에 다른 바람직한 실시예에 따르면, 리니어 모터는, 극성이 교번되게 배치되는 복수개의 영구자석을 갖는 고정자, 고정자와의 상호 작용에 의해 직선 구동하는 가동자, 위상차를 갖도록 가동자 상에 제공되어 극성 판별을 통해 가동자의 위상을 측정하는 복수개의 리니어홀센서, 복수개의 리니어홀센서를 통해 각 영구자석의 극성에 따른 자속을 선형적으로 감지하여 각 영구자석의 극성 변화에 대한 정현파(sine curve) 아날로그 신호를 생성하고 정현파 아날로그 신호를 펄스 신호로 변환하는 신호처리부, 및 펄스 신호를 이용하여 상기 가동자의 이동 거리를 제어하는 제어부를 포함한다.According to another preferred embodiment of the present invention, a linear motor is provided on a mover to have a stator having a plurality of permanent magnets arranged alternately in polarity, a mover linearly driven by interaction with the stator, and a phase difference. A sine curve for the change of polarity of each permanent magnet by linearly detecting the magnetic flux according to the polarity of each permanent magnet through a plurality of linear hall sensors and a plurality of linear hall sensors that measure the phase of the mover by determining the polarity. A signal processor for generating an analog signal and converting a sinusoidal analog signal into a pulse signal, and a control unit for controlling the moving distance of the mover using a pulse signal.
아울러, 리니어 모터는 초기 전원 인가시 초기화되되, 리니어 모터의 초기화시, 기설정된 기준위치에서부터 가동자를 일정 속도로 구동시켜 리니어홀센서로 영구자석 간의 길이를 차례로 스캐닝하고, 리니어홀센서를 통해 출력되는 정현파 아날로그 신호를 체배(multiplying)하여 각 영구자석 간의 길이 대응되는 단위 폴피치(pole pitch)가 산출되며, 신호처리부는 단위 폴피치 정보가 저장되는 메모리부 를 더 포함하고, 제어부는 가동자를 단위 폴피치 단위(n개×단위 폴피치, n은 자연수)로 이동시킨다.In addition, the linear motor is initialized when the initial power is applied, and when the linear motor is initialized, the actuator is driven at a constant speed from a preset reference position, and the linear hole sensor is sequentially scanned for the length of the permanent magnets, and is output through the linear hall sensor. The unit pole pitch corresponding to the length between each permanent magnet is calculated by multiplying a sinusoidal analog signal, and the signal processing unit further includes a memory unit in which unit pole pitch information is stored, and the control unit comprises a unit pole. Shift in pitch units (n × unit pole pitch, n is a natural number).
본 발명에 따른 리니어 모터 및 그 제어방법에 의하면, 구조 및 제조공정을 간소화할 수 있다.According to the linear motor and the control method thereof according to the present invention, the structure and the manufacturing process can be simplified.
특히, 본 발명에 따르면 고정자에 대한 가동자의 이동량을 센싱하기 위한 별도의 리니어 스케일을 배제하고, 영구자석의 극성에 따른 자속을 선형적으로 감지하여 각 영구자석의 극성 변화에 대한 정현파(sine curve) 아날로그 신호를 생성하는 리니어홀센서를 이용하여 가동자의 이동거리를 제어할 수 있다. 따라서, 고 정밀도를 가져야 하는 리니어 스케일을 별도로 제작해야하는 번거로움을 해소할 수 있으며, 생산 원가를 절감할 수 있다.In particular, according to the present invention, by excluding a separate linear scale for sensing the moving amount of the mover with respect to the stator, by linearly sensing the magnetic flux according to the polarity of the permanent magnets, a sine curve for the change of polarity of each permanent magnet. A linear Hall sensor that generates an analog signal can be used to control the moving distance of the mover. Therefore, it is possible to eliminate the hassle of separately manufacturing a linear scale that must have high precision, and to reduce the production cost.
또한, 본 발명에 따르면 리니어홀센서를 통해 검출된 신호를 이용하여 단위 폴피치를 산출할 수 있고, 이 단위 폴피치를 기준으로 가동자가 구동될 수 있기 때문에, 영구자석의 가공오차 및 제작오차에 의한 구동오차를 보정할 수 있다. 즉, 영구자석의 가공오차 및 제작오차에 의해 영구자석 간의 배치 간격은 일정 이상의 고 정밀도를 갖기 어렵다. 더욱이, 영구자석 간의 배치 간격이 고 정밀도로 유지되기 위해서는 매우 정밀한 분위기 하에서 제작이 이루어져야 하기 때문에 그 만큼 제작이 어렵고 생산 원가가 상승하게 된다. 하지만, 본 발명에 따르면 영구자석간의 배치 간격이 고 정밀도로 유지되지 않더라도 가동자는 단위 폴피치를 기준으로 구동될 수 있기 때문에 가동자의 구동 신뢰성 및 안정성이 보장될 수 있다.In addition, according to the present invention, since the unit pole pitch can be calculated using the signal detected through the linear hall sensor, and the mover can be driven based on the unit pole pitch, Drive error caused by this can be corrected. That is, due to the machining error and manufacturing error of the permanent magnet it is difficult to have a high precision of more than a predetermined interval between the permanent magnets. Furthermore, in order to maintain the high precision of the spacing between the permanent magnets, the production must be performed under a very precise atmosphere, which makes production difficult and increases production costs. However, according to the present invention, since the mover can be driven based on the unit pole pitch, even if the spacing between the permanent magnets is not maintained with high precision, the driving reliability and stability of the mover can be ensured.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 대해 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략될 수 있다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited or limited by the embodiments. In describing the present invention, a detailed description of well-known functions or constructions may be omitted for clarity of the present invention.
도 1은 본 발명에 따른 리니어 모터의 구조를 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명에 따른 리니어 모터의 구성을 설명하기 위한 구성도이다. 또한, 도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 리니어 모터의 제어방법을 설명하기 위한 블록도이고, 도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 리니어 모터의 제어방법으로서, 리니어홀센서에서 센싱된 신호를 처리하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.1 is a view showing the structure of a linear motor according to the present invention, Figure 2 is a block diagram for explaining the configuration of a linear motor according to the present invention. 3 and 4 are block diagrams illustrating a method for controlling the linear motor according to the present invention, and FIGS. 5 and 6 are methods for controlling the linear motor according to the present invention. It is a figure for demonstrating the process.
한편, 도 7은 본 발명에 따른 리니어 모터의 제어방법으로서, 단위 폴피치를 산출하는 과정을 설명하기 위한 도면이고, 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 리니어 모터의 제어방법을 설명하기 위한 도면이다.Meanwhile, FIG. 7 is a diagram illustrating a process of calculating a unit pole pitch as a control method of a linear motor according to the present invention, and FIG. 8 illustrates a method of controlling a linear motor according to another embodiment of the present invention. Drawing.
도 1 및 도 2에서 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 리니어 모터는 고정자(10) 및 고정자(10)에 대해 직선 구동하는 가동자(20), 리니어홀센서(30), 신호처리부(40) 및 제어부(50)를 포함한다.As shown in FIG. 1 and FIG. 2, the linear motor according to the present invention includes a
상기 고정자(10)는 고정자 플레이트(12) 및 상기 고정자 플레이트(12)의 상면에 극성이 교번되게 배치되는 영구자석(14)을 포함하여 구성된다.The
상기 가동자(20)는 복수개의 주치(미도시)가 형성된 가동자코어(22), 및 상기 주치(70)에 권선되어 전류(예를 들어, 3상(U, V, W)의 전류)를 공급하는 가동자 코일(24)를 포함하며, 상기 가동자코일(24)에 전류가 인가됨에 따라 가동자코일(24)에서 발생하는 자기력과 영구자석(14)의 자기력 사이의 상호 작용에 의해 직선의 추력이 발생하게 된다.The
아울러, 상기 가동자(20)의 주치에 의한 디텐트력(detent force)을 감소시키기 위해 주치의 모서리부는 챔퍼링(champering)될 수 있다. 경우에 따라서는 주치에 의한 디텐트력을 감소시키기 위해 주치 대신 영구자석의 모서리부를 챔퍼링하거나, 주치의 모서리부에 확장된 팁을 형성하는 구조 등이 채용될 수 있으며, 주치 및 영구자석의 구조 및 배치구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.In addition, the edge portion of the chimney may be chamfered to reduce the detent force caused by the chimney of the
상기 리니어홀센서(30)는 소정의 위상차를 갖도록 가동자(20) 상에 제공되어 고장자(10)의 영구자석(14)을 센싱하도록 구성된다. 즉, 상기 리니어홀센서(30)는 자석의 극성 변화를 단순히 온(on)/오프(off) 신호로 출력하는 기존의 홀센서와는 달리 각 영구자석의 극성에 따른 자속을 선형적으로 감지하여 각 영구자석의 극성 변화에 대한 정현파(sine curve) 아날로그 신호를 생성한다.The
상기 리니어홀센서(30)는 90도의 위상차 또는 120도의 위상차를 갖도록 복수개가 가동자(20) 상에 장착될 수 있다. 상기 리니어홀센서(30)는 가동자 상에 직접 장착되거나 통상의 연결부재를 매개로 장착될 수 있으며, 리니어홀센서(30)의 배치 및 장착구조는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양하게 변경될 수 있다.The plurality of
상기 신호처리부(40)는 상기 리니어홀센서(30)에서 센싱된 신호를 특정 신호로 처리하기 위해 제공된다. 즉, 상기 신호처리부(40)는 상기 리니어홀센서(30)를 통해 각 영구자석의 극성에 따른 자속을 선형적으로 감지하여 각 영구자석의 극성 변화에 대한 정현파(sine curve) 아날로그 신호를 생성하고, 상기 정현파 아날로그 신호를 펄스 신호로 변환한다. 또한, 상기 신호처리부(40)는 후술할 단위 폴피치 정보가 저장되는 메모리부(42)를 포함한다.The
상기 제어부(50)는 신호처리부(40)에서 처리된 펄스 신호를 이용하여 통상의 서보드라이버를 통해 가동자(20)의 구동(이동 거리)을 제어할 수 있다.The
이하에서는 전술한 바와 같이 구성되는 리니어 모터의 제어방법에 대해 설명하기로 한다. 아울러, 전술한 구성과 동일 및 동일 상당 부분에 대해서는 동일 또는 동일 상당한 참조 부호를 부여하고, 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, a control method of the linear motor configured as described above will be described. In addition, the same or equivalent portions as those in the above-described configuration are denoted by the same or equivalent reference numerals, and a detailed description thereof will be omitted.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 리니어 모터의 제어방법은, 복수개의 리니어홀센서(30)를 통해 각 영구자석의 극성에 따른 자속을 선형적으로 감지하여 각 영구자석의 극성 변화에 대한 정현파(sine curve) 아날로그 신호를 생성하는 단계(S20), 상기 정현파 아날로그 신호를 펄스 신호로 변환하는 단계(S30), 및 상기 펄스 신호를 이용하여 가동자(20)의 이동 거리를 제어하는 단계(S40)을 포함한다.Referring to Figure 3, the control method of the linear motor according to the present invention, by sine wave for the polarity change of each permanent magnet by linearly sensing the magnetic flux according to the polarity of each permanent magnet through a plurality of linear Hall sensor 30 (Sine curve) generating an analog signal (S20), converting the sinusoidal analog signal into a pulse signal (S30), and controlling the moving distance of the
도 5 및 도 6과 같이, 리니어홀센서(30)는 90도의 위상차 또는 120도의 위상차를 갖도록 복수개가 제공될 수 있으며, 리니어홀센서(30)의 개수 및 위상차는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 변경될 수 있다.5 and 6, a plurality of
먼저, 상기 리니어홀센서(30)를 통해 각 영구자석의 극성에 따른 자속을 선형적(연속적)으로 감지하여 각 영구자석의 극성 변화에 대한 정현파(sine curve) 아날로그 신호를 생성한다. 즉, 도 5와 같이, 이 단계에서는 각 리니어홀센서(30) 를 통해 영구자석의 자속에 따라 90도 위상차를 갖는 파형 형상의 두개의 정현파 아날로그 신호가 생성될 수 있다.First, the magnetic flux according to the polarity of each permanent magnet is linearly (continuous) through the
다음, 상기 정현파 아날로그 신호를 펄스 신호로 변환한다. 즉, 도 6과 같이, 정현파 아날로그 신호는 통상의 변환방법을 통해 펄스 신호로 변환될 수 있다.Next, the sine wave analog signal is converted into a pulse signal. That is, as shown in Figure 6, the sinusoidal analog signal may be converted into a pulse signal through a conventional conversion method.
그 후, 상기 펄스 신호를 이용하여 가동자(20)의 이동 거리를 제어할 수 있다. 즉, 검출된 두개의 펄스 신호(A,B)의 교차 지점을 카운트함으로써, 가동자(20)의 위상을 검출할 수 있다. 또한, 검출된 두개의 정현파 아날로그 신호를 통상의 연산방법을 통해 조합하여 입력 아날로그 신호를 생성할 수 있으며, 이 입력 아날로그 신호를 펄스 신호로 변환함으로써 가동자(20)의 구동에 필요한 입력 펄스 신호를 산출할 수 있다. 따라서, 가동자(20)는 입력 펄스 신호 수만큼 이동 거리가 제어될 수 있다. 아울러, 상기 두개의 정현파 아날로그 신호의 조합은 통상의 연산방법에 의해 구현될 수 있으며, 이 연산방법의 종류 및 특징에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.Thereafter, the moving distance of the
이와 같이, 본 발명에서는 별도의 리니어 스케일을 배제하고 영구자석을 센싱하는 리니어홀센서(30)를 이용하여 가동자(20)의 이동거리를 제어할 수 있다. 즉, 기존에는 자석의 극성 변화를 단순히 온(on)/오프(off) 신호로 출력하는 일반 홀센서를 이용하여 영구자석에 대한 가동자의 위상을 확인하고, 별도의 리니어 스케일을 통해 가동자의 이동량을 검출해야 했다. 하지만, 본 발명에서는 리니어홀센서(30)를 통해 검출되는 정현파 아날로그 신호를 이용하여 영구자석에 대한 가동자(20)의 위상을 확인함과 아울러 입력 펄스 신호를 산출하여 가동자(20)의 이동량 을 제어할 수 있다.As described above, in the present invention, the moving distance of the
한편, 상기 영구자석 간의 배치 간격은 영구자석의 가공오차 및 제작오차에 의해 일정 이상의 고 정밀도를 가지기 어렵기 때문에, 영구자석의 오차에 의한 가동자(20)의 구동 오차를 보정하기 위한 초기화 단계(S10)가 포함될 수 있다.On the other hand, since the arrangement interval between the permanent magnets is difficult to have a certain level or higher precision due to the machining error and manufacturing error of the permanent magnet, the initialization step for correcting the drive error of the
즉, 도 4와 같이, 상기 리니어 모터의 초기화 단계(S10)는, 상기 가동자(20)를 기설정된 기준위치에 배치하는 단계(S11), 상기 가동자(20)를 일정 속도로 구동시켜 상기 리니어홀센서(30)로 상기 영구자석 간의 길이를 차례로 스캐닝하는 단계(S13), 상기 리니어홀센서(30)를 통해 출력되는 정현파 아날로그 신호를 체배(multiplying)하여 각 영구자석 간의 길이 대응되는 단위 폴피치(pole pitch)를 산출하는 단계(S15), 및 산출된 상기 단위 폴피치를 메모리부(42)에 저장하는 단계(S17)를 포함할 수 있다.That is, as shown in Figure 4, the initialization step (S10) of the linear motor, the step of placing the
먼저, 가동자(20)를 미리 설정된 기준위치에 배치시킨 후, 가동자(20)를 일정한 속도로 구동시켜 모든 영구자석 간의 길이를 차례로 스캐닝한다. First, after arranging the
상기 영구자석이 스캐닝되는 동안 리니어홀센서(30)에서 검출되는 신호를 이용하여 각 영구자석 간의 길이(L1, L2, L3 ... Ln)를 검출할 수 있으며, 상기 리니어홀센서(30)를 통해 영구자석의 극성 변화에 대한 정현파 아날로그 신호가 출력될 수 있다.While the permanent magnet is being scanned, the lengths L1, L2, L3 ... Ln between the permanent magnets may be detected by using a signal detected by the
다음, 상기와 같이 출력되는 정현파 아날로그 신호를 체배(multiplying)하여 각 영구자석 간의 길이 대응되는 단위 폴피치(pole pitch)를 산출한다. 상기 정현파 아날로그 신호를 체배하여 단위 폴피치를 산출하는 방법은 요구되는 조건 및 처 리환경에 따라 다양한 방식이 적용될 수 있다. 일 예로, 상기 단위 폴피치를 산출하는 단계는, 상기 정현파 아날로그 신호를 연산하여 입력 아날로그 신호를 생성하는 단계, 및 상기 입력 아날로그 신호를 변환하여 입력 펄스 신호에 대응되는 단위 폴피치를 산출하는 단계를 포함할 수 있다.Next, multiplying the sine wave analog signal output as described above calculates a unit pole pitch corresponding to the length between each permanent magnet. The method of calculating the unit pole pitch by multiplying the sinusoidal analog signal may be applied in various ways according to a required condition and a processing environment. For example, the calculating of the unit pole pitch may include generating an input analog signal by calculating the sinusoidal analog signal, and calculating a unit pole pitch corresponding to an input pulse signal by converting the input analog signal. It may include.
아울러, 상기 단위 폴피치를 산출하는 단계에서, 단위 폴피치(P1, P2, P3...)는 각 영구자석 간의 길이별로 개별적으로 구분되어 산출될 수 있다. 즉, 도 7에서 도시한 바와 같이, 상기 각 영구자석 간의 길이 구간(L1, L2, L3 ... Ln)이 서로 다른 길이를 가질 경우, 각 구간(L1, L2, L3 ... Ln)에 해당되는 단위 폴피치(P1, P2, P3...)는 각각 서로 다른 길이(폭)(P1≠P2≠P3...)을 갖도록 산출될 수 있다.In addition, in the step of calculating the unit pole pitch, unit pole pitch (P1, P2, P3 ...) may be calculated separately by the length of each permanent magnet. That is, as shown in Figure 7, when the length sections (L1, L2, L3 ... Ln) between each of the permanent magnets have different lengths, in each section (L1, L2, L3 ... Ln) The corresponding unit pole pitches P1, P2, P3 ... may be calculated to have different lengths (widths) (P1 ≠ P2 ≠ P3 ...), respectively.
전술한 실시예에서는 단위 폴피치가 각 영구자석 간의 길이별로 개별적으로 구분되어 산출된 예를 들어 설명하고 있지만, 경우에 따라서는 단위 폴피치(P')는 각 영구자석 간의 길이 전체를 기준으로 평균적으로 산출될 수 있다. 즉, 도 8에서 도시한 바와 같이, 상기 각 영구자석 간의 길이 구간(L1, L2, L3 ... Ln)이 서로 다른 길이를 가질 경우, 각 구간(L1, L2, L3 ... Ln)에 해당되는 단위 폴피치는 모두 같은 길이(폭)(P')를 갖도록 산출될 수 있다.In the above-described embodiment, the unit pole pitch is divided and calculated for each length of the permanent magnets separately. For example, the unit pole pitch P 'is an average value based on the entire length of each permanent magnet. It can be calculated as. That is, as shown in Figure 8, when the length sections (L1, L2, L3 ... Ln) between the permanent magnets have different lengths, in each section (L1, L2, L3 ... Ln) The corresponding unit pole pitches may be calculated to have the same length (width) P '.
그 후, 상기 산출된 단위 폴피치 정보는 메모리부(42)에 저장될 수 있으며, 상기 가동자(20)는 메모리부(42)에 저장된 상기 단위 폴피치 정보를 기준으로 단위 폴피치 단위(n개×단위 폴피치, n=1,2,3...)로 이동 거리가 제어될 수 있다.Thereafter, the calculated unit pole pitch information may be stored in the
한편, 전술한 정현파 아날로그 신호를 체배(multiplying)하여 단위 폴피치를 산출하는 단계에서, 정현파 아날로그 신호는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양한 비트(bit) 단위로 체배될 수 있다. 정현파 아날로그 신호의 체배가 높아질수록 정밀도는 향상될 수 있으나, 정현파 아날로그 신호의 체배가 높아질수록 처리되어야 할 신호량이 증가되어 가동자(20)의 구동 속도가 저하될 수 있기 때문에, 정현파 아날로그 신호의 체배는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 적절히 이루어질 수 있어야 한다.On the other hand, in the step of calculating the unit pole pitch by multiplying the aforementioned sinusoidal analog signal, the sinusoidal analog signal may be multiplied in various bit units according to the required conditions and design specifications. The higher the multiplication of the sinusoidal analog signal, the higher the accuracy. However, the higher the multiplication of the sinusoidal analog signal, the higher the signal amount to be processed and the driving speed of the
또한, 모터의 구동시에는 전술한 단위 폴피치 정보를 기준으로 가동자가 구동될 수 있으나, 모터의 구동 도중 전원이 오프되거나 재부팅될 경우에는 전술한 초기화 단계 다시 거친 후 모터가 구동될 수 있다.In addition, when the motor is driven, the mover may be driven based on the above-described unit pole pitch information. However, when the power is turned off or rebooted while the motor is driven, the motor may be driven after the above-described initialization step.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.As described above, although described with reference to the preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art various modifications and variations of the present invention without departing from the spirit and scope of the invention described in the claims below I can understand that you can.
도 1은 본 발명에 따른 리니어 모터의 구조를 도시한 도면이다.1 is a view showing the structure of a linear motor according to the present invention.
도 2는 본 발명에 따른 리니어 모터의 구성을 설명하기 위한 구성도이다.2 is a configuration diagram for explaining the configuration of a linear motor according to the present invention.
도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 리니어 모터의 제어방법을 설명하기 위한 블록도이다.3 and 4 are block diagrams for explaining the control method of the linear motor according to the present invention.
도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 리니어 모터의 제어방법으로서, 리니어홀센서에서 센싱된 신호를 처리하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.5 and 6 are diagrams for explaining a process of processing a signal sensed by a linear hall sensor as a control method of a linear motor according to the present invention.
도 7은 본 발명에 따른 리니어 모터의 제어방법으로서, 단위 폴피치를 산출하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.7 is a diagram illustrating a process of calculating a unit pole pitch as a control method of a linear motor according to the present invention.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 리니어 모터의 제어방법을 설명하기 위한 도면이다.8 is a view for explaining a method of controlling a linear motor according to another embodiment of the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
10 : 고정자 12 : 고정자 플레이트10: stator 12: stator plate
14 : 영구자석 20 : 가동자14: permanent magnet 20: mover
22 : 가동자코어 24 : 가동자코일22: mover core 24: mover coil
30 : 리니어홀센서 40 : 신호처리부30: linear hall sensor 40: signal processing unit
42 : 메모리부 50 : 제어부42: memory unit 50: control unit
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