KR101210255B1 - Linear motor system comprising analog hall effect sensor - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A linear motor system is provided to improve productivity and efficiency by applying the analog hall sensor instead of an optical encoder to feed back a relative location between a mover and a stator. CONSTITUTION: A stator(110) includes a magnet track(111) and a plurality of magnets(112). The plurality of magnets are attached to a pair of magnet attaching surfaces in a vertical direction. A mover(120) includes a motor coil part(121) and a mover body part(122). The motor coil part slides in a vertical direction of the magnet track. A digital hall latch sensor(130) is located in a magnetic field by the plurality of magnets. An integrated sensor module(230) is installed on one surface of the mover body part.

Description

아날로그 홀 센서를 적용한 리니어 모터 시스템{LINEAR MOTOR SYSTEM COMPRISING ANALOG HALL EFFECT SENSOR}LINEAR MOTOR SYSTEM COMPRISING ANALOG HALL EFFECT SENSOR}

본 발명은 리니어 모터 시스템에 관한 것으로서, 특히 고정자에 대한 이동자의 상대 위치를 피드백하기 위해 종래의 광학식 엔코더(optical encoder)를 대신하여 아날로그 홀 센서(analog hall effect sensor)를 적용한 리니어 모터 시스템에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a linear motor system, and more particularly to a linear motor system employing an analog hall effect sensor in place of a conventional optical encoder to feed back the relative position of the mover relative to the stator. .

도 1을 참조하면, 리니어 모터 시스템(100)은 고정자(110)와 이동자(120)를 포함한다.Referring to FIG. 1, the linear motor system 100 includes a stator 110 and a mover 120.

고정자(110)는 서로 대면하는 한 쌍의 마그넷 부착면(111a)이 길이방향을 따라 연장 형성된 마그넷 트랙(111)과, 상기 한 쌍의 마그넷 부착면(111a)에 각각 상기 길이방향을 따라 부착되어 서로 대면하는 다수의 마그넷(112)을 포함한다.The stator 110 is attached to the magnet track 111 having a pair of magnet attaching surfaces 111a facing each other and extending along the longitudinal direction, and to the pair of magnet attaching surfaces 111a along the lengthwise direction, respectively. It includes a plurality of magnets 112 facing each other.

이에 대응하여, 이동자(120)는 상기 한 쌍의 마그넷 부착면(111a) 사이에 개재됨으로써 상기 다수의 마그넷(112)과의 상호 작용으로 상기 마그넷 트랙(111)의 길이방향을 따라 슬라이드 구동되는 모터코일부(121)와, 상기 모터코일부(121)의 일측에 결합되어 상기 마그넷 트랙(111)의 외측에 배치된 상태에서 상기 모터코일부(121)와 일체로 슬라이드되는 이동자 몸체부(122)를 포함한다.Correspondingly, the mover 120 is interposed between the pair of magnet attaching surfaces 111a so as to interact with the plurality of magnets 112 to slide along the longitudinal direction of the magnet track 111. The mover body 122 which is coupled to one side of the coil part 121 and the motor coil part 121 and integrally slides with the motor coil part 121 while being disposed outside the magnet track 111. It includes.

이동자(120)의 모터코일부(121)에는 다수의 코일이 내장되어 있으며, 이들 코일에 전류를 인가하기 위한 제어 신호를 생성하기 위해 디지털 홀 래치 센서(digital hall effect latch sensor, 130)가 구비된다.A plurality of coils are built in the motor coil part 121 of the mover 120, and a digital hall effect latch sensor 130 is provided to generate a control signal for applying current to these coils. .

이러한 디지털 홀 래치 센서는 센서 내부에 설정된 S극 역치(threshold) 이상의 자속(magnet flux)이 검출되면 출력 신호를 로우(low)로 유지하고, N극 역치 이하의 자속이 검출되면 출력 신호를 하이(high)로 유지하는 센서로서, 해당 신호를 통해 상기 코일의 초기 전류 제어에 이용된다.The digital Hall latch sensor maintains the output signal low when a magnetic flux above the S-pole threshold set inside the sensor is detected, and when the magnetic flux below the N-pole threshold is detected, the output signal becomes high ( high sensor, which is used for initial current control of the coil via the signal.

종래 리니어 모터 시스템(100)에서의 디지털 홀 래치 센서(130u, 130v, 130w)는, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 이동자(120)의 이동에 따른 마그넷(112)의 자속을 감지하기 위해 한 쌍의 마그넷 부착면(111a)의 사이 공간, 즉 서로 대면하는 다수의 마그넷(112) 사이 공간에 배치되었다.The digital Hall latch sensors 130u, 130v, and 130w in the conventional linear motor system 100 detect magnetic flux of the magnet 112 according to the movement of the mover 120, as shown in FIGS. 1 and 2. The space between the pair of magnet attachment surfaces 111a, that is, the space between the plurality of magnets 112 facing each other, is disposed.

나아가, 이동자(120)의 모터코일부(121)와 상기 다수의 마그넷(112) 사이의 상호작용에 방해되지 않도록 이동자(120)의 일측 단부에 돌출되게 설치되었다.Furthermore, the motor coil part 121 of the mover 120 and the plurality of magnets 112 are installed to protrude at one end of the mover 120 so as not to interfere with the interaction.

이로 인해, 종래의 리니어 모터 시스템에서는, 상기 디지털 홀 래치 센서(130u, 130v, 130w)의 배치된 위치를 고려하여 모터코일부(121)와 상호작용하는 다수의 마그넷(112) 외측으로 한 쌍의 마그넷(112-1)을 추가로 더 구비하여야 한다는 문제가 있었다.For this reason, in the conventional linear motor system, in consideration of the position of the digital Hall latch sensors 130u, 130v, and 130w, a pair of magnets 112 interact with the motor coil unit 121 outside of the pair. There was a problem that the magnet 112-1 should be further provided.

한편, 종래의 리니어 모터 시스템에서는, 고정자(110) 대비 이동자(120)의 위치를 피드백하기 위한 모듈로서 엔코더(encoder, 도면 미도시)를 구비하였다.Meanwhile, in the conventional linear motor system, an encoder (not shown) is provided as a module for feeding back the position of the mover 120 relative to the stator 110.

이러한 엔코더는 통상적으로 광학식 엔코더로서 고정자(110)를 따라 일정한 눈금간격으로 인쇄된 눈금자와, 상기 이동자(120)에 고정되어 상기 눈금자를 따라 슬라이드되면서 신호를 생성 및 카운트하는 광학센서를 포함한다.Such encoders are typically optical encoders, including a ruler printed at regular intervals along the stator 110, and an optical sensor fixed to the mover 120 and sliding along the ruler to generate and count signals.

이러한 광학식 엔코더는 정밀한 거리 판독을 위해 상기 눈금자의 치수 정밀도 및 상기 눈금자와 광학센서의 제조상, 설치상의 정밀도가 높아야 함에 따라 생산적인 측면과 비용적인 측면 등에서 단점으로 지적되었다.Such an optical encoder has been pointed out as a disadvantage in terms of productivity and cost due to high dimensional accuracy of the ruler and manufacturing and installation precision of the ruler and the optical sensor for accurate distance reading.

따라서, 본 발명의 목적은 고정자에 대한 이동자의 상대 위치를 피드백하기 위해 종래의 광학식 엔코더를 대신하여 아날로그 홀 센서를 적용함으로써 생산성 및 효율성이 향상된 리니어 모터 시스템을 제공하는 데 있다.It is therefore an object of the present invention to provide a linear motor system with improved productivity and efficiency by applying analog Hall sensors in place of conventional optical encoders to feed back the position of the mover relative to the stator.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 아날로그 홀 센서를 적용한 리니어 모터 시스템에 있어서, 서로 대면하는 한 쌍의 마그넷 부착면이 길이방향을 따라 연장 형성된 마그넷 트랙과, 상기 한 쌍의 마그넷 부착면에 각각 상기 길이방향을 따라 부착되어 서로 대면하는 다수의 마그넷을 포함하는 고정자와; 상기 마그넷 트랙의 한 쌍의 마그넷 부착면 사이에 개재됨으로써 상기 다수의 마그넷과의 상호 작용으로 상기 마그넷 트랙의 길이방향을 따라 슬라이드 구동되는 모터코일부와, 상기 모터코일부의 일측에 결합되어 상기 마그넷 트랙의 외측에 배치된 상태에서 상기 모터코일부와 일체로 슬라이드되는 이동자 몸체부를 포함하는 이동자와; 상기 이동자 몸체부의 일측 표면에 함입 설치되어 상기 이동자의 슬라이드 위치에 관계없이 상기 다수의 마그넷으로부터 종방향으로 항상 일정한 높이에 위치하며, 상기 이동자가 슬라이드됨에 따라 상기 다수의 마그넷에 의한 자기장의 변화에 비례하는 전압을 출력함으로써 상기 이동자의 상대 위치를 피드백하기 위한 아날로그 홀 센서(analog hall effect sensor)와; 상기 다수의 마그넷에 의한 자기장의 영역 내에 위치하되 상기 이동자 몸체부와는 일체로서 슬라이드되며, 상기 다수의 마그넷에 의한 자기장의 변화에 따라 상기 모터코일부의 구동을 위한 코일 스위칭 신호를 생성하는 디지털 홀 래치 센서(digital hall effect latch sensor)를 포함하는 것을 특징으로 하는 리니어 모터 시스템을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention, in the linear motor system to which the analog Hall sensor is applied, a pair of magnet mounting surface facing each other extending in the longitudinal direction and each of the pair of magnet mounting surface A stator attached to the longitudinal direction and including a plurality of magnets facing each other; Interposed between a pair of magnet attachment surfaces of the magnet track, the motor coil part being slide-driven along the longitudinal direction of the magnet track by interaction with the plurality of magnets, and coupled to one side of the motor coil part and the magnet A mover including a mover body part which slides integrally with the motor coil part in a state disposed outside the track; It is embedded in one surface of the mover body part and is always located at a constant height in the longitudinal direction from the plurality of magnets regardless of the slide position of the mover, and is proportional to the change of the magnetic field by the plurality of magnets as the mover slides. An analog hall effect sensor for feeding back the relative position of the mover by outputting a voltage; A digital hole positioned in an area of a magnetic field by the plurality of magnets, the slide slidingly integrally with the mover body part, and generating a coil switching signal for driving the motor coil part according to a change in the magnetic field by the plurality of magnets; A linear motor system is provided that includes a digital hall effect latch sensor.

여기서, 상기 리니어 모터 시스템은 상기 이동자 몸체부의 상기 일측 표면에 함입 설치되는 통합센서모듈을 더 포함하고, 상기 아날로그 홀 센서와 상기 디지털 홀 래치 센서는 모두 상기 통합센서모듈에 내장되는 형태로 구비될 수도 있다.The linear motor system may further include an integrated sensor module embedded in the one surface of the mover body, and the analog hall sensor and the digital hall latch sensor may be provided in the integrated sensor module. have.

이때, 상기 통합센서모듈 내에서, 상기 아날로그 홀 센서는 상기 디지털 홀 래치 센서보다 상기 다수의 마그넷으로부터 더 높은 위치에 배치되도록 할 수도 있다.At this time, in the integrated sensor module, the analog Hall sensor may be arranged at a higher position from the plurality of magnets than the digital Hall latch sensor.

나아가, 상기 아날로그 홀 센서는, 상기 마그넷 트랙의 길이방향을 따라 상기 다수의 마그넷의 1/4 피치(pitch)만큼의 간격을 두고 배치됨으로써 서로 90도 위상 차의 신호를 출력하는 제1 홀 센서와 제2 홀 센서를 포함할 수도 있다.Furthermore, the analog Hall sensor may include a first Hall sensor which is disposed at intervals of a quarter pitch of the plurality of magnets along a length direction of the magnet track and outputs signals having a phase difference of 90 degrees from each other; It may also include a second Hall sensor.

이때, 상기 아날로그 홀 센서는, 상기 제1 홀 센서와 동일한 위치에서 서로 대면하여 배치됨으로써 상기 제1 홀 센서와는 반대되는 위상의 신호를 출력하는 제3 홀 센서와; 상기 제2 홀 센서와 동일한 위치에서 서로 대면하여 배치됨으로써 상기 제2 홀 센서와는 반대되는 위상의 신호를 출력하는 제4 홀 센서를 더 포함할 수도 있다.The analog Hall sensor may include: a third Hall sensor disposed to face each other at the same position as the first Hall sensor and outputting a signal having a phase opposite to that of the first Hall sensor; The second hall sensor may further include a fourth hall sensor disposed to face each other at the same position as the second hall sensor and outputting a signal having a phase opposite to that of the second hall sensor.

또한, 상기 통합센서모듈은 상기 마그넷 트랙의 길이방향을 따라 연장 형성된 인쇄회로기판과, 상기 인쇄회로기판이 인서트된 상태에서 일체로 성형되는 사출수지체를 포함하고, 상기 제1 홀 센서와 상기 제2 홀 센서는 상기 인쇄회로기판의 일측면에 탑재되고, 상기 제3 홀 센서와 상기 제4 홀 센서는 상기 인쇄회로기판의 타측면에 탑재되며, 상기 디지털 홀 래치 센서는 상기 인쇄회로기판의 일측면과 타측면 중 어느 하나에 탑재될 수도 있다.In addition, the integrated sensor module includes a printed circuit board extending along the longitudinal direction of the magnet track, and an injection resin body integrally molded in the inserted state of the printed circuit board, wherein the first hall sensor and the second The Hall sensor is mounted on one side of the printed circuit board, the third Hall sensor and the fourth Hall sensor are mounted on the other side of the printed circuit board, and the digital Hall latch sensor is on one side of the printed circuit board. It may be mounted on any one of the other side.

이상과 같은 본 발명에 따른 리니어 모터 시스템에 의하면, 고정자에 대한 이동자의 상대 위치를 피드백하기 위해 종래의 광학식 엔코더 대신 아날로그 홀 센서를 적용함으로써 종래 광학식 엔코더를 구성하는 눈금자와 광학센서 등을 설치 및 정렬할 필요없이 설치상의 효율 향상 및 컴팩트화를 달성할 수 있다.According to the linear motor system according to the present invention as described above, in order to feed back the relative position of the mover with respect to the stator, by applying an analog Hall sensor instead of the conventional optical encoder to install and align the rulers and optical sensors constituting the conventional optical encoder The installation efficiency and compactness can be achieved.

또한, 코일 스위칭 신호를 생성하기 위한 디지털 홀 센서를 종래의 마그넷 내부로부터 상기 마그넷의 상단부로 이동시켜 상기 아날로그 홀 센서와 함께 일체화한 통합센서모듈로서 이동자 몸체부의 일측 표면에 함입 설치되도록 함으로써 공간상의 효율성 및 설치상의 효율성 향상은 물론, 종래기술과 달리 고정자에서의 마그넷 추가 및 이를 위한 마그넷 트랙의 추가적인 길이가 불필요하다는 이점이 있다.In addition, by moving the digital hall sensor for generating a coil switching signal from the inside of the conventional magnet to the upper end of the magnet integrated sensor module integrated with the analog Hall sensor to be installed on one side surface of the body of the mover by space efficiency And, as well as improved installation efficiency, there is an advantage that, unlike the prior art, the addition of the magnet in the stator and the additional length of the magnet track for this is unnecessary.

또한, 상기 아날로그 홀 센서를 서로 대면하는 제1, 제2 홀 센서와, 이들 홀 센서들과 마그넷의 1/4 피치만큼 이격된 제3, 제4 홀 센서로 구성함으로써 제1 및 제2 홀 센서 간 또는 제3 및 제4 홀 센서 간 반전된 위상의 센싱 신호가 출력되도록 함으로써 제1, 제2 홀 센서의 각 신호 간 또는 제3, 제4 홀 센서 각 신호 간에 디퍼렌셜 신호(differential signal)를 생성할 수 있어 노이즈 성분의 제거를 통한 2배 증폭된 신호를 얻을 수 있어 이를 통해 더욱더 정밀한 피드백 제어를 할 수 있다.The first and second Hall sensors may be configured of first and second Hall sensors facing each other, and third and fourth Hall sensors spaced apart by 1/4 pitch of the Hall sensors and the magnet. A differential signal is generated between each signal of the first and second Hall sensors or between each signal of the third and fourth Hall sensors by outputting a sensing signal having an inverted phase between the third or fourth Hall sensors. By eliminating noise components, the signal can be doubled amplified, which enables more precise feedback control.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 리니어 모터 시스템을 종래기술에 따른 리니어 모터 시스템과 중복되게 나타낸 사시도,
도 2는 도 1의 리니어 모터 시스템의 부분 측면도,
도 3은 도 1의 본 발명의 실시예에 따른 리니어 모터 시스템에 적용된 통합센서모듈의 사시도,
도 4는 도 3의 통합센서모듈이 적용된 리니어 모터 시스템의 단면도,
도 5는 도 1의 본 발명의 실시예에 따른 리니어 모터 시스템에서 통합센서모듈과 마그넷 사이의 배치관계를 설명하기 위한 개략도,
도 6은 도 5의 통합센서모듈에 탑재된 아날로그 홀 센서의 출력 신호를 도시한 그래프,
도 7은 도 1의 본 발명의 실시예에 따른 리니어 모터 시스템에서 고정자측 다수의 마그넷 상단에서의 자기력선을 형상화한 개략도,
도 8은 도 1의 본 발명의 실시예에 따른 리니어 모터 시스템에 적용된 아날로그 홀 센서의 설치위치를 결정하기 위한 시뮬레이션 구조를 나타낸 측면도, 정면도 및 사시도,
도 9는 도 8의 시뮬레이션을 통해 얻어진 그래프,
도 10은 도 9의 그래프로부터 선정된 값을 통해 설치위치가 결정된 아날로그 홀 센서의 출력 신호의 그래프이다.1 is a perspective view showing a linear motor system according to an embodiment of the present invention overlapping with a linear motor system according to the prior art,
2 is a partial side view of the linear motor system of FIG. 1, FIG.
3 is a perspective view of an integrated sensor module applied to the linear motor system according to the embodiment of the present invention of FIG.
4 is a cross-sectional view of the linear motor system to which the integrated sensor module of FIG. 3 is applied;
FIG. 5 is a schematic diagram illustrating an arrangement relationship between an integrated sensor module and a magnet in the linear motor system according to the exemplary embodiment of FIG. 1; FIG.
6 is a graph showing an output signal of an analog Hall sensor mounted on the integrated sensor module of FIG. 5;
FIG. 7 is a schematic diagram of a magnetic force line formed at the upper end of a plurality of magnets in the stator side in the linear motor system according to the embodiment of the present invention; FIG.
8 is a side view, a front view and a perspective view showing a simulation structure for determining an installation position of an analog hall sensor applied to a linear motor system according to an embodiment of the present invention of FIG.
9 is a graph obtained through the simulation of FIG.
FIG. 10 is a graph of an output signal of an analog hall sensor in which an installation position is determined through values selected from the graph of FIG. 9.

본 발명의 실시예에 따른 리니어 모터 시스템(100)은, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 종래와 달리 디지털 홀 래치 센서(130)를 이동자(120)의 일측 단부에 설치하는 대신 상기 이동자(120)의 이동자 몸체부(122)의 횡방향으로의 일측면(122a) 표면에 함입 설치되는 통합센서모듈(230)에 내장시키는 형태로 구비된다.Linear motor system 100 according to an embodiment of the present invention, as shown in Figures 1 and 2, unlike the prior art, instead of installing the digital Hall latch sensor 130 at one end of the mover 120, the mover It is provided in a form to be embedded in the integrated sensor module 230 is embedded in the surface of the side surface 122a of the mover body portion 122 of the 120 in the transverse direction.

이러한 통합센서모듈(230)의 설치를 위하여, 본 실시예에서는, 이동자 몸체부(122)의 일측 표면(122a)에 직육면체의 요홈부를 형성하며, 상기 통합센서모듈(230)은 상기 요홈부에 삽입된 후 나사로 체결, 고정됨으로써 이동자(120)와 일체로 슬라이드된다.In order to install the integrated sensor module 230, in the present embodiment, a groove of a rectangular parallelepiped is formed on one surface 122a of the mover body 122, and the integrated sensor module 230 is inserted into the groove. After being fastened and fixed with screws, the slide slides integrally with the mover 120.

따라서, 이러한 통합센서모듈(230)에 내장되는 디지털 홀 래치 센서(도 5의 231u, 231v, 231w)는 마그넷(112)의 종방향(도면에서는 상방향)으로 항상 일정한 높이에 위치하게 된다(도 5 참조). 이는 통합센서모듈(230)에 함께 내장되는 아날로그 홀 센서(analog hall effect sensor, 232)에 대하여도 마찬가지이다.Therefore, the digital Hall latch sensors (231u, 231v, and 231w of FIG. 5) embedded in the integrated sensor module 230 are always positioned at a constant height in the longitudinal direction of the magnet 112 (upward in the drawing) (FIG. 5). The same applies to the analog hall effect sensor 232 embedded in the integrated sensor module 230.

통합센서모듈(230)은, 도 3에 도시된 바와 같이, 인쇄회로기판(230a)과 이 인쇄회로기판(230a)이 인서트된 상태에서 일체로 성형된 사출수지체(230b)로 이루어진 구조로서, 상기 인쇄회로기판(230a)의 표면에는 디지털 홀 래치 센서(도 5의 231u, 231v, 231w)와 아날로그 홀 센서(도 5의 232a, 232c 등)가 탑재된다.As shown in FIG. 3, the integrated sensor module 230 includes a printed circuit board 230a and an injection resin body 230b integrally molded in the inserted state of the printed circuit board 230a. On the surface of the printed circuit board 230a, digital hall latch sensors (231u, 231v, 231w in FIG. 5) and analog hall sensors (232a, 232c, etc. in FIG. 5) are mounted.

도면에서 230c와 230d는 나사 체결을 위한 체결홈이다.230c and 230d in the figure are fastening grooves for screwing.

도 4는 상기 통합센서모듈(230)이 이동자 몸체부(122)에 함입 설치된 상태를 도시한 단면도이다.4 is a cross-sectional view showing a state in which the integrated sensor module 230 is embedded in the mover body portion 122.

이상과 같은 통합 센서모듈(230)의 설치 상태에서 디지털 홀 래치 센서(231u, 231v, 231w) 및 아날로그 홀 센서(232a, 232c 등)와 마그넷(112)과의 배치관계는 도 5에 도시된 바와 같다.The arrangement relationship between the digital Hall latch sensors 231u, 231v, and 231w, the analog Hall sensors 232a and 232c, and the magnet 112 in the installation state of the integrated sensor module 230 as described above is shown in FIG. same.

디지털 홀 래치 센서(231u, 231v, 231w)는 모터코일부(도 1 및 도 2의 121)의 구동을 위한 코일 스위칭 신호를 생성하기 위한 것으로서, 종래의 디지털 홀 래치 센서(도 1 및 도 2의 130)가 마그넷(112)의 내부에 위치하던 것과 달리 마그넷(112)의 상단면으로부터 일정한 높이(도면에서는 4[mm])에 위치한다.The digital Hall latch sensors 231u, 231v, and 231w are for generating a coil switching signal for driving the motor coil unit 121 (see FIGS. 1 and 2), and the conventional digital Hall latch sensors (see FIGS. 1 and 2). 130 is located at a constant height (4 [mm] in the drawing) from the top surface of the magnet 112, unlike the inside of the magnet 112.

이는, 다수의 마그넷(112)으로부터 생성되는 자기력선은 마그넷 측면을 이루는 넓은 면적에서 뿐 아니라, 도 7에 도시된 바와 같이, 마그넷(112)의 종방향으로의 단면(도면에서는 상단면) 상에서도 형성되며, 이를 감지하기 위한 상기 디지털 홀 래치 센서(231u, 231v, 231w)는 마그넷(112) 상단으로부터 일정 거리 이내에 존재하기만 한다면 상기 코일 스위칭 신호를 생성하기에 충분하기 때문이다.This is because the lines of magnetic force generated from the plurality of magnets 112 are formed not only in a large area constituting the magnet side, but also in the longitudinal section of the magnet 112 (upper surface in the figure), as shown in FIG. This is because the digital Hall latch sensors 231u, 231v, and 231w for detecting this are sufficient to generate the coil switching signal as long as they exist within a predetermined distance from the top of the magnet 112.

이들 디지털 홀 래치 센서(231u, 231v, 231w)는 마그넷(112)의 한 주기(period, P) 내에서 서로 120도의 위상차로 배치되며, 이들로부터 생성되는 3비트(bit) 신호의 조합으로 한 주기(P)를 6등분 하여 초기 전원 투입 후 마그넷(112)과 모터코일부(도 1 및 도 2의 121) 내의 코일 사이의 초기 위치 확인용으로 사용된다.These digital Hall latch sensors 231u, 231v, and 231w are arranged with a phase difference of 120 degrees from each other within one period (P) of the magnet 112, and one period as a combination of 3-bit signals generated therefrom. After dividing (P) into 6 parts, it is used for initial position confirmation between the magnet 112 and the coil in the motor coil part (121 of FIG. 1 and FIG. 2) after the initial power supply.

아날로그 홀 센서(232a, 232c 등)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 마그넷(112)의 상단면으로부터 일정한 높이(도면에서는 12[mm])에 위치하여, 상기한 디지털 홀 래치 센서(231u, 231v, 231w)보다 마그넷(112)으로부터 더 높은 위치에 배치된다.As shown in FIG. 5, the analog Hall sensors 232a and 232c are positioned at a constant height (12 [mm] in the drawing) from the top surface of the magnet 112, and the digital Hall latch sensors 231u, 231v and 231w are disposed at a higher position from the magnet 112.

아날로그 홀 센서(232a, 232c 등)는 종래의 광학식 엔코더를 대신하여 고정자(110)에 대한 이동자(120)의 상대 위치를 피드백하기 위한 모듈로서, 그 회로구성 및 작동원리에 관하여는 미국 특허출원공개번호 US2008/0094012 "POSITION FEEDBACK DEVICE FOR LINEAR MOTOR"(공개일: 2008.04.24)에 개시된 바 있으므로 본 명세서에서는 설명을 생략하기로 한다.Analog Hall sensors (232a, 232c, etc.) is a module for feeding back the position of the mover 120 with respect to the stator 110 in place of the conventional optical encoder, the US Patent Application Publication No. US2008 / 0094012 "POSITION FEEDBACK DEVICE FOR LINEAR MOTOR" (published: April 24, 2008), so the description is omitted herein.

이러한 아날로그 홀 센서(232a, 232c 등)는 이동자(120)의 슬라이드 시 다수의 마그넷(112)에 의한 자기장의 변화에 비례하는 전압을 출력하는 소자로서, 특히 본 발명의 실시예에서는 제1 홀 센서(232a)와, 이 제1 홀 센서(232a)와 같은 인쇄회로기판(230a) 상에서 수평선 상으로 90도의 위상차로 탑재되는 제2 홀 센서(232b), 상기 제1 홀 센서(232a)에 대해 인쇄회로기판(230a)의 반대편에 서로 대면하여 탑재되는 제3 홀 센서(도면 미도시) 및 상기 제2 홀 센서(232b)에 대해 인쇄회로기판(230a)의 반대편에 서로 대면하여 탑재되는 제4 홀 센서(도면 미도시)의 총 4개로 이루어진다.The analog Hall sensors 232a, 232c, and the like are devices that output a voltage proportional to the change in the magnetic field caused by the plurality of magnets 112 when the user moves the slider 120. In particular, in the embodiment of the present invention, the first Hall sensor A second hall sensor 232b mounted on a printed circuit board 230a such as the first hall sensor 232a with a phase difference of 90 degrees on a horizontal line, and printed on the first hall sensor 232a. A third hall sensor (not shown) mounted on the opposite side of the circuit board 230a and the fourth hole mounted on the opposite side of the printed circuit board 230a with respect to the second hall sensor 232b. It consists of a total of four sensors (not shown).

제1 홀 센서(232a)와 제3 홀 센서는 서로 반대되는 표면을 통해 센싱이 이루어지므로 이들을 통해 측정되는 신호 또한 서로 180도의 위상차를 갖는 그래프로 표현되며, 이는 제2 홀 센서(232b)와 제4 홀 센서 간에도 마찬가지이다.Since the first Hall sensor 232a and the third Hall sensor are sensed through surfaces opposite to each other, the signals measured through the first Hall sensor 232a and the third Hall sensor are also represented as graphs having a phase difference of 180 degrees with each other. The same applies to four Hall sensors.

또한, 제1 홀 센서(232a)와 제2 홀 센서(232b) 간에는 90도 위상차, 즉 마그넷 피치(P=66[mm]) 대비 1/4 피치(=16.5[mm])의 거리만큼 이격되어 있어, 결과적으로 도 6에 도시된 바와 같이 4 채널의 신호 출력을 얻을 수 있다.In addition, the first Hall sensor 232a and the second Hall sensor 232b are spaced apart by a 90 degree phase difference, that is, 1/4 pitch (= 16.5 [mm]) relative to the magnet pitch (P = 66 [mm]). As a result, signal output of four channels can be obtained as shown in FIG.

이와 같이 여러 채널의 신호 출력을 얻는 경우, 예를 들어 제1 홀 센서(232a)와 제3 홀 센서의 각 출력 신호로부터 디퍼렌셜 신호(differential signal)를 생성할 수 있어 이를 통해 각 신호에 동일하게 발생되는 노이즈 성분을 제거한 2배 증폭된 신호를 얻을 수 있다.As such, when a signal output of multiple channels is obtained, a differential signal may be generated from, for example, output signals of the first hall sensor 232a and the third hall sensor, thereby generating the same in each signal. A double amplified signal can be obtained by removing the noise component.

물론, 서로 90도 위상차를 갖는 제1 홀 센서(232a)와 제2 홀 센서(232b)만으로도 싱글 엔디드(single ended) 출력을 얻을 수 있으므로 이들 센서만이 적용될 수도 있다.Of course, since only a single ended output can be obtained using only the first hall sensor 232a and the second hall sensor 232b having a phase difference of 90 degrees with each other, only these sensors may be applied.

한편, 상기와 같은 아날로그 홀 센서(232a, 232b 등)는 디지털 홀 래치 센서(231u, 231v, 231w)와 달리 마그넷(112)으로부터의 높이 설정이 중요한 바, 이는 마그넷(112)과 가까이 위치할 경우 자속의 세기가 증가하여 포화(saturation)하기 때문이며, 또한 설정되는 높이에 따라서는 자속의 편차가 크기 때문이다.On the other hand, unlike the digital Hall latch sensors 231u, 231v, and 231w of the analog Hall sensors 232a, 232b, and the like, the height setting from the magnet 112 is important, which is located close to the magnet 112. This is because the intensity of the magnetic flux increases and saturates, and the variation of the magnetic flux varies depending on the set height.

이에 따라, 아날로그 홀 센서(232a, 232b 등)의 적절한 높이 설정을 위해 도 8과 같이 마그넷(112) 상면으로 가상의 선(L)을 그어 해당 선상에서의 자속을 시뮬레이션하였으며, 도 9는 그 결과로 얻은 그래프이다.Accordingly, in order to set the appropriate height of the analog Hall sensors 232a, 232b, etc., a virtual line L was drawn on the upper surface of the magnet 112 as shown in FIG. 8 to simulate magnetic flux on the corresponding line. It is a graph obtained by.

도 9에서 가로축은 높이(m)를 세로축은 자속(Gauss)이다.In FIG. 9, the horizontal axis represents height (m) and the vertical axis represents magnetic flux (Gauss).

이러한 시뮬레이션 결과에 따르면 A 영역과 B 영역을 유효한 감지범위로 정의할 수 있으며, 실험적으로 검증한 결과 약 12[mm]의 높이에서 도 10의 그래프와 같이 안정적인 오실레이션(oscillation)이 형성되는 신호를 얻을 수 있었다.According to the simulation results, the A and B regions can be defined as effective detection ranges. Experimental results show that signals with stable oscillation are formed as shown in the graph of FIG. 10 at a height of about 12 [mm]. Could get

이에 따라, 도 5에서 아날로그 홀 센서(232a, 232b 등)의 설정 높이도 12[mm]로 정한 것이다.Accordingly, the set height of the analog Hall sensors 232a, 232b, etc. is also set to 12 [mm] in FIG.

한편, 이상에서 설명된 리니어 모터 시스템(100)은 본 발명의 이해를 돕기 위한 일 실시예에 불과한 것이므로 본 발명의 권리범위 내지 기술적 범위가 상기 설명된 바에 한정되는 것으로 이해되어서는 곤란하다.On the other hand, since the linear motor system 100 described above is only one embodiment to help the understanding of the present invention, it is difficult to understand the scope of the present invention to the technical scope of the present invention.

본 발명의 권리범위 내지 기술적 범위는 후술하는 특허청구범위 및 그 균등범위에 의해 정하여진다.The scope of the present invention is defined by the appended claims and their equivalents.

100: 리니어 모터 시스템 110: 고정자
111: 마그넷 트랙 112: 마그넷
120: 이동자 121: 모터코일부
122: 이동자 몸체부 130: 디지털 홀 래치 센서
230: 통합센서모듈 230a: 인쇄회로기판
230b: 사출수지체 231u, 231v, 231w: 디지털 홀 래치 센서
232a, 232b: 아날로그 홀 센서100: linear motor system 110: stator
111: magnet track 112: magnet
120: mover 121: motor coil portion
122: mover body 130: digital Hall latch sensor
230: integrated sensor module 230a: printed circuit board
230b: Injection Resin 231u, 231v, 231w: Digital Hall Latch Sensor
232a, 232b: analog hall sensor

Claims (8)

아날로그 홀 센서를 적용한 리니어 모터 시스템에 있어서,
서로 대면하는 한 쌍의 마그넷 부착면이 길이방향을 따라 연장 형성된 마그넷 트랙과, 상기 한 쌍의 마그넷 부착면에 각각 상기 길이방향을 따라 부착되어 서로 대면하는 다수의 마그넷을 포함하는 고정자와;
상기 마그넷 트랙의 한 쌍의 마그넷 부착면 사이에 개재됨으로써 상기 다수의 마그넷과의 상호 작용으로 상기 마그넷 트랙의 길이방향을 따라 슬라이드 구동되는 모터코일부와, 상기 모터코일부의 일측에 결합되어 상기 마그넷 트랙의 외측에 배치된 상태에서 상기 모터코일부와 일체로 슬라이드되는 이동자 몸체부를 포함하는 이동자와;
상기 이동자 몸체부의 일측 표면에 함입 설치되어 상기 이동자의 슬라이드 위치에 관계없이 상기 다수의 마그넷으로부터 종방향으로 항상 일정한 높이에 위치하며, 상기 이동자가 슬라이드됨에 따라 상기 다수의 마그넷에 의한 자기장의 변화에 비례하는 전압을 출력함으로써 상기 이동자의 상대 위치를 피드백하기 위한 아날로그 홀 센서(analog hall effect sensor)와;
상기 다수의 마그넷에 의한 자기장의 영역 내에 위치하되 상기 이동자 몸체부와는 일체로서 슬라이드되며, 상기 다수의 마그넷에 의한 자기장의 변화에 따라 상기 모터코일부의 구동을 위한 코일 스위칭 신호를 생성하는 디지털 홀 래치 센서(digital hall effect latch sensor)를 포함하는 것을 특징으로 하는 리니어 모터 시스템.In a linear motor system using an analog Hall sensor,
A stator including a magnet track having a pair of magnet attaching surfaces facing each other extending in a longitudinal direction, and a plurality of magnets attached to the pair of magnet attaching surfaces respectively along the lengthwise direction to face each other;
Interposed between a pair of magnet attachment surfaces of the magnet track, the motor coil part being slide-driven along the longitudinal direction of the magnet track by interaction with the plurality of magnets, and coupled to one side of the motor coil part and the magnet A mover including a mover body part which slides integrally with the motor coil part in a state disposed outside the track;
It is embedded in one surface of the mover body part and is always located at a constant height in the longitudinal direction from the plurality of magnets regardless of the slide position of the mover, and is proportional to the change of the magnetic field by the plurality of magnets as the mover slides. An analog hall effect sensor for feeding back the relative position of the mover by outputting a voltage;
A digital hole positioned in an area of a magnetic field by the plurality of magnets, the slide slidingly integrally with the mover body part, and generating a coil switching signal for driving the motor coil part according to a change in the magnetic field by the plurality of magnets; A linear motor system comprising a digital hall effect latch sensor. 제1항에 있어서,
상기 이동자 몸체부의 상기 일측 표면에 함입 설치되는 통합센서모듈을 더 포함하고,
상기 아날로그 홀 센서와 상기 디지털 홀 래치 센서는 모두 상기 통합센서모듈에 내장되는 형태로 구비되는 것을 특징으로 하는 리니어 모터 시스템.The method of claim 1,
Further comprising an integrated sensor module embedded in the one surface of the mover body portion,
The analog Hall sensor and the digital Hall latch sensor is a linear motor system, characterized in that provided in a form that is integrated in the integrated sensor module. 제2항에 있어서,
상기 통합센서모듈 내에서, 상기 아날로그 홀 센서는 상기 디지털 홀 래치 센서보다 상기 다수의 마그넷으로부터 더 높은 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 리니어 모터 시스템.The method of claim 2,
Within the integrated sensor module, the analog Hall sensor is disposed at a higher position from the plurality of magnets than the digital Hall latch sensor. 제2항 또는 제3항에 있어서,
상기 아날로그 홀 센서는,
상기 마그넷 트랙의 길이방향을 따라 상기 다수의 마그넷의 1/4 피치(pitch)만큼의 간격을 두고 배치됨으로써 서로 90도 위상 차의 신호를 출력하는 제1 홀 센서와 제2 홀 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 리니어 모터 시스템.The method according to claim 2 or 3,
The analog Hall sensor,
And a first hall sensor and a second hall sensor which are arranged at intervals of a quarter pitch of the plurality of magnets along the longitudinal direction of the magnet track to output signals having a phase difference of 90 degrees from each other. Characterized in a linear motor system. 제4항에 있어서,
상기 아날로그 홀 센서는,
상기 제1 홀 센서와 동일한 위치에서 서로 대면하여 배치됨으로써 상기 제1 홀 센서와는 반대되는 위상의 신호를 출력하는 제3 홀 센서와; 상기 제2 홀 센서와 동일한 위치에서 서로 대면하여 배치됨으로써 상기 제2 홀 센서와는 반대되는 위상의 신호를 출력하는 제4 홀 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 리니어 모터 시스템.5. The method of claim 4,
The analog Hall sensor,
A third hall sensor disposed to face each other at the same position as the first hall sensor and outputting a signal having a phase opposite to that of the first hall sensor; And a fourth hall sensor arranged to face each other at the same position as the second hall sensor to output a signal having a phase opposite to that of the second hall sensor. 제5항에 있어서,
상기 통합센서모듈은 상기 마그넷 트랙의 길이방향을 따라 연장 형성된 인쇄회로기판과, 상기 인쇄회로기판이 인서트된 상태에서 일체로 성형되는 사출수지체를 포함하고,
상기 제1 홀 센서와 상기 제2 홀 센서는 상기 인쇄회로기판의 일측면에 탑재되고, 상기 제3 홀 센서와 상기 제4 홀 센서는 상기 인쇄회로기판의 타측면에 탑재되며,
상기 디지털 홀 래치 센서는 상기 인쇄회로기판의 일측면과 타측면 중 어느 하나에 탑재되는 것을 특징으로 하는 리니어 모터 시스템.The method of claim 5,
The integrated sensor module includes a printed circuit board extending along the longitudinal direction of the magnet track, and an injection resin body integrally molded in the inserted state of the printed circuit board.
The first Hall sensor and the second Hall sensor are mounted on one side of the printed circuit board, the third Hall sensor and the fourth Hall sensor is mounted on the other side of the printed circuit board,
The digital Hall latch sensor is mounted on any one side and the other side of the printed circuit board linear motor system. 제1항에 있어서,
상기 아날로그 홀 센서는,
상기 마그넷 트랙의 길이방향을 따라 상기 다수의 마그넷의 1/4 피치(pitch)만큼의 간격을 두고 배치됨으로써 서로 90도 위상 차의 신호를 출력하는 제1 홀 센서와 제2 홀 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 리니어 모터 시스템.The method of claim 1,
The analog Hall sensor,
And a first hall sensor and a second hall sensor which are arranged at intervals of a quarter pitch of the plurality of magnets along the longitudinal direction of the magnet track to output signals having a phase difference of 90 degrees from each other. Characterized in a linear motor system. 제7항에 있어서,
상기 아날로그 홀 센서는,
상기 제1 홀 센서와 동일한 위치에서 서로 대면하여 배치됨으로써 상기 제1 홀 센서와는 반대되는 위상의 신호를 출력하는 제3 홀 센서와; 상기 제2 홀 센서와 동일한 위치에서 서로 대면하여 배치됨으로써 상기 제2 홀 센서와는 반대되는 위상의 신호를 출력하는 제4 홀 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 리니어 모터 시스템.The method of claim 7, wherein
The analog Hall sensor,
A third hall sensor disposed to face each other at the same position as the first hall sensor and outputting a signal having a phase opposite to that of the first hall sensor; And a fourth hall sensor arranged to face each other at the same position as the second hall sensor to output a signal having a phase opposite to that of the second hall sensor.
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