KR102494056B1 - 선형전동기의 자기각 오차 보정 장치 및 방법 - Google Patents

선형전동기의 자기각 오차 보정 장치 및 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102494056B1
KR102494056B1 KR1020200178613A KR20200178613A KR102494056B1 KR 102494056 B1 KR102494056 B1 KR 102494056B1 KR 1020200178613 A KR1020200178613 A KR 1020200178613A KR 20200178613 A KR20200178613 A KR 20200178613A KR 102494056 B1 KR102494056 B1 KR 102494056B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
magnetic angle
linear motor
stator
measured
error
Prior art date
Application number
KR1020200178613A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20220088009A (ko
Inventor
권진수
이준민
문석환
Original Assignee
현대엘리베이터주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 현대엘리베이터주식회사 filed Critical 현대엘리베이터주식회사
Priority to KR1020200178613A priority Critical patent/KR102494056B1/ko
Publication of KR20220088009A publication Critical patent/KR20220088009A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102494056B1 publication Critical patent/KR102494056B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/14—Electronic commutators
    • H02P6/16—Circuit arrangements for detecting position
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K41/00—Propulsion systems in which a rigid body is moved along a path due to dynamo-electric interaction between the body and a magnetic field travelling along the path
    • H02K41/02—Linear motors; Sectional motors
    • H02K41/03—Synchronous motors; Motors moving step by step; Reluctance motors
    • H02K41/031—Synchronous motors; Motors moving step by step; Reluctance motors of the permanent magnet type
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P25/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details
    • H02P25/02—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the kind of motor
    • H02P25/06—Linear motors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/006—Controlling linear motors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P2203/00—Indexing scheme relating to controlling arrangements characterised by the means for detecting the position of the rotor
    • H02P2203/03—Determination of the rotor position, e.g. initial rotor position, during standstill or low speed operation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Control Of Linear Motors (AREA)

Abstract

본 발명은 선형 전동기의 자기각 오차 보정 장치 및 방법에 관한 것으로, 선형 전동기의 자기각 오차 보정 장치는 선형 전동기가 구동하는 과정에서 고정자 엣지를 검출하는 고정자 엣지 검출부, 상기 고정자 엣지가 검출되면 선형 엔코더의 신호를 기초로 자기각을 측정하는 자기각 측정부, 상기 선형 전동기의 초기 구동시 측정되는 초기 자기각 정보를 저장하는 각 테이블부, 및 상기 측정한 자기각이 특정 기준 이상인 경우에는 상기 각 테이블에 저장된 초기 자기각 정보로 상기 측정한 자기각의 보정을 수행하는 오차 보정부를 포함한다. 따라서, 본 발명은 수직, 수평으로 긴 이동거리를 갖는 선형 전동기 시스템에서 고정자의 제작 오차와 설치 오차 그리고 선형 엔코더의 측정 오차에 의해서 발생하는 자기각 오차를 보정할 수 있어 선형 전동기 시스템의 안정성을 높일 수 있다.

Description

선형전동기의 자기각 오차 보정 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR COMPENSATING MAGNETIC ANGLE ERROR OF LINEAR MOTOR}
본 발명은 선형전동기 위치제어 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 선형전동기의 고정자 폴 피치(Pole Pitch) 오차와 선형엔코더의 불연속 설치에 의해 발생하는 자기각의 오차를 보정하여 안정적으로 선형전동기의 위치 제어를 수행할 수 있는 선형전동기의 자기각 오차 보정 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근에는 선형전동기를 이용한 엘리베이터가 활발히 연구되고 있다. 선형전동기를 이용하여 엘리베이터를 구동하게 되면, 기존의 와이어로프(wire rope) 등이 불필요하여 더욱 다양한 운행 방식을 구현할 수 있다.
선형전동기 방식의 엘리베이터는 일반적으로 승강로의 가이드 레일을 따라 고정자를 설치하고, 엘리베이터 카에는 이동자를 설치하는 방식으로 이루어지며, 고정자와 이동자의 전자기력을 이용하여 엘리베이터 카를 수직 및 수평 이동할 수 있도록 구성된다.
선형전동기의 제어에 사용되는 벡터 제어방식은 속도 제어기 또는 토크 제어기에 의하여 전동기에 인가되는 부하의 크기를 연산하고 그에 따른 토크에 적합하도록 전동기에 전류가 흐르게 함으로써 소정의 여자분 전류를 확보하는 방식이다. 선형전동기의 벡터제어를 하기 위한 고려사항 중 하나가 자기각(magnetic angle)이며, 자기각에 대한 정보를 측정하기 위해 엔코더를 사용한다.
이때, 선형전동기는 고정자(Stator)의 폴 피치(Pole Pitch)가 일정하게 유지되도록 설치해야 하고, 선형 엔코더 역시 끊어진 구간 없이 고정자와 나란히 설치를 해야 자기각을 정확하게 측정할 수 있다.
하지만, 고정자는 가공 오차, 설치 오차 등에 의해 정확한 폴 피치를 유지하는데 어려움이 있으며, 수직 및 수평 이동을 고려한 경우에 선형 엔코더를 연속적으로 설치할 수 없는 문제가 발생한다. 이로 인하여, 고정자의 폴 피치 오차와 선형 엔코더의 불연속 설치에 의해 선형 전동기 제어에 사용되는 자기각의 오차가 발생하며 오차로 인해 제어 불능 상태가 되는 문제가 발생한다.
한국등록특허 제10-0468589 (2005.01.19)호는 선형전동기의 위치 검출방법 및 그 장치에 관한 것으로, 고정자의 요철구조를 검출할 수 있도록 근접센서를 고정자의 상단면에 대면하는 이동자의 하면부 소정 부위에 설치하고, 회전형 엔코더를 고정자의 측면에 위치하는 이동자 가이드용 레일에 접촉되도록 이동자의 하면부 소정 부위에 설치하여, 이동자의 이동시 상기 근접센서와 회전형 엔코더로부터의 검출신호를 주제어부에서 각각 수신받아 그 수신된 신호를 바탕으로 미리 작성되어 저장된 거리산출을 위한 소프트웨어 알고리즘을 가동하여 이동자의 이동거리를 산출해 냄으로써 상기 이동자와 고정자의 상대적인 위치를 검출하는 것을 특징으로 한다.
한국등록특허 제10-0629815 (2006.09.22)호는 홀센서리스 선형 영구자석형 동기 전동기 및 이를 제어하기 위한 제어 장치 및 방법에 관한 것으로, 홀 센서리스(Hall sensorless) 선형 영구자석형 동기 전동기로서, N극 및 S극의 영구자석이 교대배열된 영구자석부와, 상기 영구자석부의 상단 및 하단에 마련되어 있는 가이드(guide)수단과, 상기 가이드 수단에 의해 지지되어 상기 영구자석부 상에서 직선왕복운동하는 이동수단과, 상기 가이드수단과 평행하게 마련되어 있으며, 상기 영구자석부 상에서의 상기 이동수단의 위치를 검출하여, 상기 검출된 위치에 대응하는 펄스신호를 발생하기 위한 위치검출수단을 포함하되, 상기 이동수단은 외부에서 인가되는 전류에 응답하여 상기 영구자석부와의 상호작용에 의해 직선왕복운동을 하며, 상기 전류는 상기 위치검출수단에 의해 발생된 상기 펄스신호에 근거하여 결정되는 전동기에 대해 개시한다.
한국등록특허 제10-0468589 (2005.01.19)호 한국등록특허 제10-0629815 (2006.09.22)호
본 발명의 일 실시예는 선형전동기의 고정자 폴 피치(Pole Pitch) 오차와 선형엔코더의 불연속 설치에 의해 발생하는 자기각의 오차를 보정하여 안정적으로 선형전동기의 위치 제어를 수행할 수 있는 선형전동기의 자기각 오차 보정 장치 및 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예는 센서를 통해 선형 전동기의 고정자 엣지를 검출하고 고정자 엣지가 검출되는 구간의 자기각을 측정하여 자기각 오차를 보정함으로써 선형 전동기 제어에 신뢰성 및 안전성을 향상시킬 수 있는 선형 전동기의 자기각 오차 보정 장치 및 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예는 선형 전동기의 분기구간 또는 불연속구간에서 측정 자기각 데이터와 미리 저장한 정상 자기각 데이터 간의 오차를 통해 선형 전동기의 제어에 사용되는 자기각을 보정하여 선형 전동기 제어의 안정성을 높일 수 있는 선형 전동기의 자기각 오차 보정 장치 및 방법을 제공하고자 한다.
실시예들 중에서, 선형 전동기의 자기각 오차 보정 장치는 선형 전동기가 구동하는 과정에서 고정자 엣지를 검출하는 고정자 엣지 검출부, 상기 고정자 엣지가 검출되면 선형 엔코더의 신호를 기초로 자기각을 측정하는 자기각 측정부, 상기 선형 전동기의 초기 구동시 측정되는 초기 자기각 정보를 저장하는 각 테이블부, 및 상기 측정한 자기각이 특정 기준 이상인 경우에는 상기 각 테이블에 저장된 초기 자기각 정보로 상기 측정한 자기각의 보정을 수행하는 오차 보정부를 포함한다.
상기 고정자 엣지 검출부는 상기 선형 전동기의 이동자에 배치되고 상기 이동자의 이동에 따라 상기 고정자의 돌극을 감지하여 고정자 엣지를 검출할 수 있다.
상기 고정자 엣지 검출부는 레이저 센서, 초음파 센서, 포토 센서, 근접 센서 중 하나의 센서로 구현될 수 있다.
상기 선형 엔코더는 상기 고정자에 스케일이 배치되고 상기 이동자에 헤더가 배치되어 상기 이동자의 이동에 따라 상기 헤더가 상기 스케일 상을 이동하여 톱니파 모양의 신호를 생성할 수 있다.
상기 자기각 측정부는 상기 고정자 엣지 검출부와 상기 헤더 간 거리가 상기 고정자의 폴 피치의 n배(n은 2 이상의 자연수)로 형성되는 경우에는 상기 고정자 엣지 지점에서 0도의 자기각이 측정되고, 상기 고정자 엣지 검출부와 상기 헤더 간 거리가 임의 거리로 형성되는 경우에는 상기 임의 거리를 상기 폴 피치로 나눈 나머지와 연관된 특정 오프셋을 가지는 자기각이 측정될 수 있다.
상기 각 테이블부는 상기 선형 전동기의 초기 구동시 측정되는 자기각 정보를 측정 위치정보와 함께 저장할 수 있다.
상기 오차 보정부는 상기 측정 자기각이 특정 기준 이상인 경우 상기 측정 자기각을 상기 각 테이블부에 저장된 해당 고정자 엣지 순서에 대응하는 초기 자기각 정보로 리세트시킬 수 있다.
실시예들 중에서, 선형 전동기의 자기각 오차 보정 방법은 선형 전동기의 초기 구동시 자기각을 추정하여 각 테이블을 생성하는 단계, 상기 선형 전동기의 구동 과정에서 고정자의 엣지를 검출하는 단계, 상기 검출한 고정자의 엣지를 기준으로 선형 엔코더의 신호를 통해 자기각을 측정하는 단계, 및 상기 측정한 자기각이 특정 기준 이상인 경우 상기 생성한 각 테이블에 저장된 초기 자기각으로 리세트시켜 자기각 오차를 보정하는 단계를 포함한다.
상기 자기각 오차 보정 단계는 상기 측정한 자기각이 특정 기준 이상인 경우에는 상기 측정한 자기각을 상기 각 테이블에 초기 설정한 자기각으로 리세트시켜 상기 선형 전동기의 제어 불능 상태가 되기 전에 자기각의 누적된 오차 성분을 초기화시킬 수 있다.
개시된 기술은 다음의 효과를 가질 수 있다. 다만, 특정 실시예가 다음의 효과를 전부 포함하여야 한다거나 다음의 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 개시된 기술의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 선형 전동기의 자기각 오차 보정 장치 및 방법은 선형전동기의 고정자 폴 피치(Pole Pitch) 오차와 선형엔코더의 불연속 설치에 의해 발생하는 자기각의 오차를 보정하여 안정적으로 선형전동기의 위치 제어를 수행할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 선형 전동기의 자기각 오차 보정 장치 및 방법은 센서를 통해 선형 전동기의 고정자 엣지를 검출하고 고정자 엣지가 검출되는 구간의 자기각을 측정하여 자기각 오차를 보정함으로써 선형 전동기 제어에 신뢰성 및 안전성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 선형 전동기의 자기각 오차 보정 장치 및 방법은 선형 전동기의 분기구간 또는 불연속구간에서 측정 자기각 데이터와 미리 저장한 정상 자기각 데이터 간의 오차를 통해 선형 전동기의 제어에 사용되는 자기각을 보정하여 선형 전동기 제어의 안정성을 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선형 전동기의 자기각 오차 보정 장치를 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1에 있는 고정자 엣지 검출부가 설치된 선형 전동기 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 도 2에 있는 선형 전동기에서 고정자 엣지 검출부의 설치 위치를 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 선형 전동기의 자기각 오차 보정 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 고정자와 자기각의 관계를 나타내는 파형도이다.
본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
한편, 본 출원에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어"있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어"있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다"또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
각 단계들에 있어 식별부호(예를 들어, a, b, c 등)는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.
여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선형 전동기의 자기각 오차 보정 장치를 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 선형 전동기의 자기각 오차 보정 장치(100)는 고정자 엣지 검출부(110), 자기각 측정부(120), 각 테이블부(130), 오차 보정부(140) 및 제어부(150)를 포함한다.
고정자 엣지 검출부(110)는 선형 전동기에 장착되어 선형 전동기의 고정자 엣지를 검출하는 센서에 해당한다. 일 실시예에서, 고정자 엣지 검출부(110)는 레이저 센서, 초음파 센서, 포토 센서, 근접 센서 중 하나로 구현될 수 있다. 여기에서, 고정자 엣지 검출부(110)는 선형 전동기의 이동자에 장착되어 이동자의 이동에 따라 고정자의 엣지부분을 검출할 수 있다. 고정자 엣지는 고정자 폴피치의 2배에 해당할 수 있다.
자기각 측정부(120)는 고정자 엣지가 검출되면 선형 엔코더의 신호를 기초로 자기각 정보를 측정할 수 있다. 일 실시예에서, 자기각 측정부(120)는 고정자 엣지의 상승 또는 하강 엣지를 기준으로 선형 엔코더의 신호로부터 선형 전동기의 자기각을 측정할 수 있다. 여기에서, 자기각 측정부(120)는 고정자 엣지에서 검출되는 선형 엔코더의 신호 값에 따라 자기각을 측정할 수 있다. 일 실시예에서, 선형 엔코더의 신호는 톱니파(Sawtooth Wave) 형태의 파형을 나타낼 수 있다. 자기각은 전기각을 의미한다. 전기각은 전동기 내부의 자극의 수에 따라 달라진다. 즉, N극과 S극을 한번 거쳐 다시 N극으로 1바퀴 돌아오면 전기각은 360도(2π)가 된다. 자기각 측정부(120)는 고정자 엣지를 기준으로 선형 엔코더의 신호로부터 이동자의 회전위치에 따른 자기각을 측정할 수 있다. 자기각 측정부(120)는 자기각 측정 운전 시퀀스를 통해 전구간의 고정자 엣지마다 자기각을 측정한다.
각 테이블부(130)는 선형 전동기의 초기 구동시 측정한 자기각 정보를 테이블 형태로 저장할 수 있다. 일 실시예에서, 각 테이블부(130)는 위치정보와 자기각을 저장하는 메모리로 구현될 수 있다. 여기에서, 위치정보는 고정자 엣지의 순서를 의미한다. 각 테이블부(130)는 선형 전동기의 고정자가 일정하고 선형 엔코더의 측정 오차가 없다는 가정하에 자기각 오차가 누적되기 전 초기 자기각을 측정하여 초기 측정한 자기각 정보로 미리 설정될 수 있다.
오차 보정부(140)는 고정자 엣지마다 측정한 측정 자기각이 특정 기준 이상인 경우에는 각 테이블부(130)에 저장된 자기각 정보로 측정 자기각의 보정을 수행할 수 있다. 일 실시예에서, 오차 보정부(140)는 측정 자기각이 특정 기준 이상인 경우에 각 테이블부(130)의 해당 위치에 저장된 자기각을 읽어서 보정할 수 있다. 오차 보정부(140)는 각 테이블부(130)에 저장된 해당 순서의 고정자 엣지에 대응하는 자기각 정보로 선형 전동기를 리세트시켜 자기각을 보정할 수 있다.
오차 보정부(140)는 이동자가 특정 위치에 위치하거나 또는 임의 위치에 정지하게 되면 해당 위치의 자기각을 각 테이블부(130)로부터 읽어서 자기각을 보정할 수 있다.
제어부(150)는 선형 전동기의 자기각 오차 보정 장치(100)의 전체적인 동작을 제어하고, 고정자 엣지 검출부(110), 자기각 측정부(120), 각 테이블부(130) 및 오차 보정부(140) 간의 데이터 흐름을 제어할 수 있다.
도 2는 도 1에 있는 고정자 엣지 검출부가 설치된 선형 전동기 시스템을 설명하기 위한 도면이고, 도 3은 도 2에 있는 선형 전동기에서 고정자 엣지 검출부의 설치 위치를 보여주는 도면이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 선형 전동기 시스템(200)은 선형 전동기(210)와 선형 엔코드(230)를 포함하여 구성된다.
선형 전동기(210)는 고정자(211)와 이동자(213)를 포함하여 구성된다. 고정자(211)는 선형 전동기(210)에서 고정 부분이고, 이동자(213)는 전자기적인 동작으로 작동되는 부분이다.
고정자(211)는 선형 전동기(210)의 이동 거리를 따라 길게 배치되며, 자속의 통로 역할을 하는 계자 철심(211a)과 계자 철심(211a)에서부터 이동자(213) 쪽으로 돌출 형성되는 돌극(211b)을 포함하여 구성될 수 있다.
이동자(213)는 고정자(211)를 중심으로 양측에 서로 대향되게 배치되며, 자석(213a), 코일(213b) 및 코어(213c)로 구성될 수 있다. 자석(213a)은 서로 상이한 극성(N극 및 S극)을 갖는 영구 자석이 고정자(211)의 돌극(211b)의 배치 간격인 폴 피치와 동일한 배치 간격으로 일렬 배치되는 형태로 형성될 수 있다. 이동자(213)는 자석(213a)과 고정자(211) 사이에서 코일(213b)을 통과하는 자속 흐름이 발생하도록 형성되고 이동자(213)의 이동에 따라 일정 구간마다 방향 전환되도록 형성된다.
선형 엔코더(230)는 스케일(231)과 헤더(233)를 포함하여 구성된다. 선형 엔코더(230)는 선형 전동기(210)의 위치 제어 및 전류의 좌표 변환을 위해 사용된다. 선형 엔코더 스케일(231)은 선형 전동기(210)의 고정자(211) 측에 배치되며 헤더(233)는 이동자(213) 측에 배치되어 이동자(213)의 이동을 따라 스케일(231) 상을 이동하여 톱니파 모양 신호를 발생하게 된다. 해당 톱니파 모양 신호는 자극 추종을 통해 선형 전동기(210)의 역기전력 전압의 위상과 동일하게 된다. 일반적으로, 자극 추종은 DC 전류 주입법과 고주파 주입법이 사용될 수 있다. DC 전류 주입법은 권선에 DC 전류를 주입하여 자극의 위치를 추종하는 것으로, 각 자극이 권선의 위치에 정렬되도록 하면 해당 위치의 자기각(전기각)이 0도가 된다. 고주파 주입법은 권선에 고주파 성분을 주입하여 발생되는 역기전력 전압을 측정하여 해당 전압의 주입한 고주파 성분을 필터링한 후 포함하고 있는 저주파 성분의 위상을 추정하면 자기각(전기각)을 알 수 있다.
선형 엔코더(230)는 이동거리가 긴 선형전동기 시스템(200)을 효율적으로 구성하기 위해 스케일(231)을 불연속적으로 배치할 수 있다. 즉, 선형전동기 시스템(200)은 이동거리가 긴 경우 또는 수평 및 수직 방향 전환이 가능한 경우 선형 엔코더 스케일(231)이 배치되지 않은 불연속 구간(235)을 포함할 수 있다.
선형 엔코더(230)는 헤더(233)가 스케일(231)의 불연속 구간(235)을 지나갈 때 측정 오차가 발생하게 된다. 그리고, 고정자(211)의 제작 오차 및 설치 오차 등으로 인하여 폴 피치(Pole Pitch) 오차가 발생하게 된다. 선형 전동기 시스템(200)은 선형 엔코더(230)의 측정 오차 및 고정자(211)의 폴 피치 오차로 인하여 선형 전동기(210)의 벡터 제어 요소인 자기각에 오차 성분이 반영되고 오차가 누적됨에 따라 전류가 최대치까지 주입되어도 추력이 발생되 않는 제어 불능 상태가 될 수 있다.
일 실시예에 따른 선형 전동기의 자기각 오차 보정 장치(100)는 고정자 엣지가 측정되는 구간의 자기각을 측정하고 자기각을 보정하여 선형 전동기(210)의 제어 불능 상태를 방지할 수 있도록 한다.
이를 위해, 고정자 엣지 검출부(110)가 선형 전동기(210)에 배치되어 고정자(211)의 엣지를 검출한다.
고정자 엣지 검출부(110)는 도 3에 나타낸 바와 같이, 선형 전동기(210)의 이동자(213)의 일측에 결합되고 이동자(213)의 이동에 따라 고정자(211)의 돌극(211b)을 감지하여 고정자 엣지를 검출할 수 있다. 고정자 엣지 검출부(110)는 고정자 엣지를 검출하기 위한 센서를 포함할 수 있다. 여기에서, 고정자 엣지 검출을 위한 센서로는 레이저 센서, 초음파 센서, 포토 센서, 근접 센서 등이 사용될 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.
일 실시예에서, 고정자 엣지 검출부(110)는 이동자(213)에 배치된 선형 엔코더(230)의 헤더(233)와 일정거리 이격되어 배치될 수 있다. 여기에서, 고정자 엣지 검출부(110)와 선형 엔코더 헤더(233) 간의 거리는 고정자(211)의 폴 피치의 n배(여기에서, n은 2 이상의 자연수)로 형성될 수 있고, 이에 한정되는 것은 아니다. 선형 엔코더 헤더(233)와 고정자 엣지 검출부(110)가 폴 피치의 n배가 되도록 설치되면 고정자 엣지 검출부(110)에 의해서 검출되는 자기각은 0도가 된다. 하지만, 폴 피치의 n배가 아닌 경우 검출되는 자기각은 특정한 오프셋을 가지게 되고, 이 오프셋은 선형 엔코더 헤더(233)와 고정자 엣지 검출부(110) 간의 거리를 폴 피치로 나눈 나머지와 연관성을 가지게 되어 이 오프셋은 항상 일정하게 된다. 예를 들면, 폴 피치가 12㎜이고, 설치거리가 100㎜인 경우, 4㎜ 만큼의 오프셋이 발생하고 오프셋을 갖는 자기각의 크기는 1.04[rad]이 된다. 따라서, 고정자 엣지 검출부(110)가 선형 엔코더 헤더(233)와 폴 피치의 n배가 아닌 거리에 설치되더라도 고정자 엣지에서 검출되는 자기각이 일정한 오프셋을 가지므로 문제없이 자기각을 초기화할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 선형 전동기의 자기각 오차 보정 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 4에서, 선형 전동기의 자기각 오차 보정 장치(100)는 선형 전동기(210)의 초기 구동시 자기각을 추정하여 각테이블을 생성한다(단계 S410). 일 실시예에서, 선형 전동기의 자기각 오차 보정 장치(100)는 선형 전동기(210)의 초기 구동시 고정자(211)가 일정하고 선형 엔코더(230)의 측정 오차가 없다는 가정하에 고정자(211)의 폴 피치를 기준으로 자기각을 추정하고 추정한 자기각을 각 테이블부(130)에 위치정보와 함께 저장할 수 있다. 여기에서, 각 테이블부(130)는 고정자의 엣지 순서를 위치정보로 하여 해당 엣지에서 추정된 자기각 정보를 테이블 형태로 저장할 수 있다. 자기각 추정은 선형 엔코더(230)의 헤더(233)를 통해 검출된 신호 파형을 통해 자기각을 추정할 수 있다.
선형 전동기의 자기각 오차 보정 장치(100)는 선형 전동기(210)의 구동 과정에서 고정자(211)의 엣지를 검출한다(단계 S420). 일 실시예에서, 선형 전동기의 자기각 오차 보정 장치(100)는 고정자 엣지 검출부(110)를 통해 이동자(213)의 이동을 따라 이동하면서 고정자(211)의 엣지를 검출할 수 있다. 여기에서, 고정자 엣지 검출부(110)는 고정자(211)의 돌극(211b)을 감지하여 고정자 엣지를 검출할 수 있다.
선형 전동기의 자기각 오차 보정 장치(100)는 고정자 엣지를 기준으로 선형 엔코더(230)의 신호를 통해 자기각을 측정한다(단계 S430). 일 실시예에서, 선형 전동기의 자기각 오차 보정 장치(100)는 자기각 측정부(120)를 통해 고정자 엣지 지점에서 선형 엔코더(230)의 신호가 벗어난 만큼을 자기각으로 측정할 수 있다. 여기에서, 자기가 측정부(120)는 고정자 엣지 검출부(110)와 선형 엔코더(230)의 헤더(233) 간 거리가 폴 피치의 n배로 설치된 경우에는 고정자 엣지 지점에서 자기각이 0도로 측정되고, 고정자 엣지 검출부(110)와 선형 엔코더(230)의 헤더(233) 간 거리가 임의 거리로 설치된 경우에는 고정자 엣지 지점에서 일정한 오프셋을 가지는 자기각이 측정된다.
선형 전동기의 자기각 오차 보정 장치(100)는 측정 자기각이 특정 기준 이상인 경우 각테이블에 저장된 자기각으로 리세트시켜 자기각 오차를 보정한다(단계 S440). 일 실시예에서, 선형 전동기의 자기각 오차 보정 장치(100)는 오차 보정부(140)를 통해 측정 자기각이 특정 기준 이상인 경우에는 측정 자기각을 각테이블부(130)에 초기 설정한 자기각으로 리세트시켜 선형 전동기의 제어 불능 상태가 되기 전에 자기각의 누적된 오차 성분을 초기화시킬 수 있다.
도 5는 일 실시예에 따른 고정자와 자기각의 관계를 나타내는 파형도이다.
도 5를 참조하면, 선형전동기(210)의 고정자(211)는 폴 피치(P)가 π이고 고정자 엣지 간격은 폴 피치(P)의 2배인 2π가 된다. 도 5의 (가) 파형은 고정자 엣지 검출 파형을 나타낸다. 고정자 엣지 검출부(110)는 레이저 센서, 초음파 센서, 포토 센서, 근접 센서 등의 센서를 통해 고정자(211)의 돌극(211b) 부분을 감지하여 고정자 엣지를 검출할 수 있다. 고정자 엣지 검출부(110)는 고정자 엣지가 검출될 때마다 도 5의 (가)에 나타낸 구형파 펄스를 생성할 수 있다. 도 5의 (나) 파형은 선형 엔코더(230)의 신호(a), 측정된 자기각(b) 및 초기 설정된 자기각(c)을 각각 나타낸다. 자기각 측정부(120)는 고정자 엣지를 기준으로 선형 엔코더(230)의 신호값으로부터 자기각을 측정할 수 있다. 실제 측정한 자기각(τp')은 고정자의 제작 및 설치 오차, 선형 엔코더(230)의 측정 오차에 의해 초기 설정된 자기각(τp)과의 사이에 오차가 존재하게 된다(
Figure 112020138132138-pat00001
). 도 5의 (나) 파형을 보면 자기각 오차가 점차 커지는 것을 알 수 있다.
오차 보정부(140)는 고정자 엣지 지점마다 측정된 자기각의 오차가 특정 기준 이상으로 커지면 해당 고정자 엣지 순서의 초기 설정된 자기각으로 리세트시켜 누적된 자기각 오차를 보정한다.
일 실시예에 따른 선형 전동기의 자기각 오차 보정 장치 및 방법은 고정자 엣지를 검출하고 검출한 고정자 엣지를 기준으로 선형 엔코더의 신호를 통해 측정되는 자기각의 오차를 정상 구동에서 고정자 엣지에서 측정한 자기각으로 보정함으로써, 폴 피치 오차와 선형 엔코더의 측정 오차가 발생하더라도 안정적으로 위치 제어를 수행할 수 있다. 특히, 긴 이동거리와 수평 및 수직 이동을 하는 선형 전동기 시스템에서 정밀한 설치를 요구하는 고정자 설치 및 선형 엔코더 스케일의 불연속 설치의 편의성을 제공할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 선형 전동기의 자기각 오차 보정 장치
110: 고정자 엣지 검출부 120: 자기각 측정부
130: 각 테이블부 140: 오차 보정부
150: 제어부
200: 선형 전동기 시스템
210: 선형 전동기
211: 고정자
211a: 계자 철심 211b: 돌극
213: 이동자
213a: 자석 213b: 코일
213c: 코어
230: 선형 엔코더
231: 스케일 233: 헤더
235: 불연속 구간

Claims (9)

  1. 선형 전동기가 구동하는 과정에서 고정자 엣지를 검출하는 고정자 엣지 검출부;
    상기 고정자 엣지가 검출되면 선형 엔코더의 신호를 기초로 자기각을 측정하는 자기각 측정부;
    상기 선형 전동기의 초기 구동시 측정되는 초기 자기각 정보를 저장하는 각 테이블부; 및
    상기 측정한 자기각이 특정 기준 이상인 경우에는 상기 각 테이블에 저장된 초기 자기각 정보로 상기 측정한 자기각의 보정을 수행하는 오차 보정부를 포함하되,
    상기 오차 보정부는
    상기 측정 자기각이 특정 기준 이상인 경우 상기 측정 자기각을 상기 각 테이블부에 저장된 해당 고정자 엣지 순서에 대응하는 초기 자기각 정보로 리세트시키는 것을 특징으로 하는 선형 전동기의 자기각 오차 보정 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 고정자 엣지 검출부는
    상기 선형 전동기의 이동자에 배치되고 상기 이동자의 이동에 따라 상기 고정자의 돌극을 감지하여 고정자 엣지를 검출하는 것을 특징으로 하는 선형 전동기의 자기각 오차 보정 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 고정자 엣지 검출부는
    레이저 센서, 초음파 센서, 포토 센서, 근접 센서 중 하나의 센서로 구현되는 것을 특징으로 하는 선형 전동기의 자기각 오차 보정 장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 선형 엔코더는
    상기 고정자에 스케일이 배치되고 상기 이동자에 헤더가 배치되어 상기 이동자의 이동에 따라 상기 헤더가 상기 스케일 상을 이동하여 톱니파 모양의 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 선형 전동기의 자기각 오차 보정 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 자기각 측정부는
    상기 고정자 엣지 검출부와 상기 헤더 간 거리가 상기 고정자의 폴 피치의 n배(n은 2 이상의 자연수)로 형성되는 경우에는 상기 고정자 엣지 지점에서 0도의 자기각이 측정되고,
    상기 고정자 엣지 검출부와 상기 헤더 간 거리가 임의 거리로 형성되는 경우에는 상기 임의 거리를 상기 폴 피치로 나눈 나머지와 연관된 특정 오프셋을 가지는 자기각이 측정되는 것을 특징으로 하는 선형 전동기의 자기각 오차 보정 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 각 테이블부는
    상기 선형 전동기의 초기 구동시 측정되는 자기각 정보를 측정 위치정보와 함께 저장하는 것을 특징으로 하는 선형 전동기의 자기각 오차 보정 장치.
  7. 삭제
  8. 선형 전동기의 초기 구동시 자기각을 추정하여 각 테이블을 생성하는 단계;
    상기 선형 전동기의 구동 과정에서 고정자의 엣지를 검출하는 단계;
    상기 검출한 고정자의 엣지를 기준으로 선형 엔코더의 신호를 통해 자기각을 측정하는 단계; 및
    상기 측정한 자기각이 특정 기준 이상인 경우 상기 생성한 각 테이블에 저장된 초기 자기각으로 리세트시켜 자기각 오차를 보정하는 단계를 포함하되,
    상기 자기각 오차 보정 단계는
    상기 측정한 자기각이 특정 기준 이상인 경우에는 상기 측정한 자기각을 상기 각 테이블에 초기 설정한 자기각으로 리세트시켜 상기 선형 전동기의 제어 불능 상태가 되기 전에 자기각의 누적된 오차 성분을 초기화시키는 것을 특징으로 하는 선형 전동기의 자기각 오차 보정 방법.
  9. 삭제
KR1020200178613A 2020-12-18 2020-12-18 선형전동기의 자기각 오차 보정 장치 및 방법 KR102494056B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200178613A KR102494056B1 (ko) 2020-12-18 2020-12-18 선형전동기의 자기각 오차 보정 장치 및 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200178613A KR102494056B1 (ko) 2020-12-18 2020-12-18 선형전동기의 자기각 오차 보정 장치 및 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20220088009A KR20220088009A (ko) 2022-06-27
KR102494056B1 true KR102494056B1 (ko) 2023-02-06

Family

ID=82247192

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200178613A KR102494056B1 (ko) 2020-12-18 2020-12-18 선형전동기의 자기각 오차 보정 장치 및 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102494056B1 (ko)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005051856A (ja) 2003-07-30 2005-02-24 Yamaha Motor Co Ltd リニアエンコーダ装置、リニアモータ及び単軸ロボット
JP2008522581A (ja) 2004-12-01 2008-06-26 バイオ−ラッド ラボラトリーズ，インコーポレイティド リニアステッパモーターによる対象物の正確な位置決めのための方法と装置
JP2008178237A (ja) 2007-01-19 2008-07-31 Yaskawa Electric Corp リニアシステムの磁極位置補正方法およびこの補正方法を用いたリニアシステム
JP2013176280A (ja) * 2012-01-26 2013-09-05 Okuma Corp リニアモータの制御方法
JP6274466B1 (ja) 2017-02-08 2018-02-07 北斗制御株式会社 センサレスモータの駆動方法

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08159810A (ja) * 1994-12-08 1996-06-21 Fanuc Ltd リニアエンコーダ装置
KR100468589B1 (ko) 2003-06-04 2005-01-27 한국전기연구원 선형전동기의 위치 검출방법 및 그 장치
KR100629815B1 (ko) 2003-11-27 2006-09-29 오티스엘리베이터 유한회사 홀센서리스 선형 영구자석형 동기 전동기 및 이를제어하기 위한 제어 장치 및 방법
KR101133673B1 (ko) * 2010-01-25 2012-04-12 강원대학교산학협력단 회전자 초기 위치 추정 방법 및 장치
EP2634913A4 (en) * 2010-10-26 2017-02-22 Murata Machinery, Ltd. Distributed linear motor system
US10965233B2 (en) * 2018-05-11 2021-03-30 Nsk Ltd. Motor control device and electric power steering device including the same

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005051856A (ja) 2003-07-30 2005-02-24 Yamaha Motor Co Ltd リニアエンコーダ装置、リニアモータ及び単軸ロボット
JP2008522581A (ja) 2004-12-01 2008-06-26 バイオ−ラッド ラボラトリーズ，インコーポレイティド リニアステッパモーターによる対象物の正確な位置決めのための方法と装置
JP2008178237A (ja) 2007-01-19 2008-07-31 Yaskawa Electric Corp リニアシステムの磁極位置補正方法およびこの補正方法を用いたリニアシステム
JP2013176280A (ja) * 2012-01-26 2013-09-05 Okuma Corp リニアモータの制御方法
JP6274466B1 (ja) 2017-02-08 2018-02-07 北斗制御株式会社 センサレスモータの駆動方法

Also Published As

Publication number Publication date
KR20220088009A (ko) 2022-06-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6172498B1 (en) Method and apparatus for rotor angle detection
TWI458251B (zh) 線性同步電動機控制方法及控制裝置
US8058894B2 (en) Method for detecting a fault condition
EP3540933B1 (en) Method for driving sensorless motor
US20170353130A1 (en) Device for correcting hall sensor installation position error of bldc motor having linear hall sensor, and method thereof
KR102588927B1 (ko) 모터 제어방법
US7315142B2 (en) Method for effecting the power-optimal control of BLDC motors
US6791293B2 (en) Sensorless control device for synchronous electric motor
KR20140001826A (ko) 동기식 기계의 회전자 위치를 체크하기 위한 방법 및 회로 장치
CN107408905B (zh) 用于对电子换向同步电机的转子进行无传感器的位置确定的方法
KR20180021659A (ko) 무철심형 pmsm 모터 로터 방위 무센서 측정법
KR101899014B1 (ko) 비엘디씨 모터의 제어 장치 및 그 방법
JP2006238601A (ja) Ｉｐｍモータとその制御方法
CN111989857A (zh) 一种确定位置传感器的角偏移量的方法
CN110476348B (zh) 电动机的磁场位置检测方法
TW201025800A (en) Dispersed linear motors and driving system for dispersed linear motors
KR101050164B1 (ko) 리니어 모터 및 그 제어방법
KR101328192B1 (ko) 자석과 함께 고정자 및 회전자를 구비한 브러시리스 직류 모터(bldc) 내의 부하율을 보상하기 위한 장치
KR102494056B1 (ko) 선형전동기의 자기각 오차 보정 장치 및 방법
KR102196028B1 (ko) Bldc 전동기와, 상기 bldc 전동기 내의 홀 센서들의 부착 위치 정보를 제공하는 장치 및 방법
JP2008178237A (ja) リニアシステムの磁極位置補正方法およびこの補正方法を用いたリニアシステム
KR20080079142A (ko) 홀센서가 없는 오디디용 브러시리스 직류전동기의 기동방법
JP6266578B2 (ja) 永久磁石電気機械のロータ位置決定に関するシステム及び方法
JP3219133B2 (ja) リニアｄｃブラシレスモータ
JP2003289692A (ja) モータ

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right