KR19990041703A - 스텝 모터의 제어장치 및 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스텝 모터의 출발상(starting phase) 및 정지상을 특정상으로 고정함으로써 제조 또는 조립상의 오차로 인하여 발생하는 각 스텝들의 간격차이 및 토크 불균일로 발생되는 진동을 최소화 한다.

또한 본 발명은 스텝모터의 위치를 검출하기 위한 위치검출기와, 스텝모터의 상을 검출하기 위한 상 검출기와 상기 위치검출기에 의해서 검출된 스텝모터의 위치와 상기 상검출기에 의해서 검출된 상으로부터 상기 스텝모터의 정지와 출발이 특정상들에서만 이루어지도록 제어하기 위한 스텝 모터제어부와, 상기 스텝모터 제어부의 구동신호에 의해서 스텝모터를 구동시키는 구동부로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

스텝 모터의 제어장치 및 제어방법

본 발명은 스텝 모터의 제어장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 스텝모터의 제작과정과 조립과정중 발생된 스텝각의 불평형으로 인하여 여자(excitation)와 토크발생이 불균일 하게 발생된다고 하여도, 출발 여자상(start excitation phase) 또는 최종 정지상을 특정상으로 한정함으로써 이동구간에서, 특히 가속구간에서의 회전토크 및 이동거리를 균일하게 하도록 하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.

프린터에 용지를 피딩(feeding)시키거나, 프린터 헤드가 탑재된 캐리지를 이동시키기 위하여는 이동거리의 정밀도를 위하여 스텝 모터가 일반적으로 사용되고 있다.

도 1은 일반적인 셔틀방식의 프린터의 구동장치를 개략적으로 나타내는 구조도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 회전토크를 발생하는 스텝 모터(1)의 회전축(3a)에는 구동 풀리(3)가 결합된다. 구동 풀리(3)의 회전력은 구동벨트(6)를 통하여 종동 풀리(5)로 전달되며, 구동벨트(6)에 고정되며, 프린터 헤드가 장착된 프린터 유닛(2)은 구동벨트(6)의 이송과 함께 이송된다. 이때 프린터 유닛(2)은 가이드 레일(4)을 따라서 이동을 한다.

이와 같은 프린터 구동장치에서 프린터 유닛을 라인단위로 이송하게되는 경우 스텝 모터의 이동속도는 한 라인을 인자하기 위해서 처음 출발해서 일정한 속도에 도달하기 위한 가속구간, 일정속도로 이송하는 등속구간 및 정지하기 위한 감속구간으로 구분할 수 있다. 프린터 유닛내의 프린터 헤드의 인자는 상기 등속구간에서 이루어져야 원하는 형상의 글자를 얻을 수 있다.

또한 라인별로 가속구간에서의 토크가 일정하여야 각각의 처음 글자를 인쇄하기 위한 인자위치도 동일하게 형성될 수 있기 때문에 라인별로 가속도 구간에서의 동일한 토크가 요구된다.

그러나, 제조하는 과정에서 또는 조립하는 과정에서 스텝각들의 오차가 발생하게 된다면 라인별로 가속도 구간의 속도차가 발생하게 되고, 처음 인자의 시작위치에 오차가 발생하게 된다.

도 2는 일반적인 영구자석형 2상 스텝 모터의 구조를 나타내기 위한 절단 사시도이다.

원통형상의 회전자(12)의 외주면은 원주를 따라서 N, S극이 교번되도록 착자되어 있다. 회전자(12)의 중심축을 따라서는 회전축(3a)이 배치되고, 회전축(3a)의 끝은 베어링에 의해서 고정된다.

제 1 고정자(10) 및 제 2 고정자(11)는 링형상의 원통형으로 이루어져 있으며, 내부 빈 공간에 회전자(12)가 끼워지고, 회전자(12)와 고정자들(10), (11)사이에는 공극이 형성된다.

제 1 고정자(10)는 투자력이 우수한 재질로 형성된 상부판(14)과 하부판(13)으로지며, 회전자(12)의 영구자석과 마주보는 상부판(14)의 측면은 빗살형상의 유도자(19)가 아랫방향으로 원주전체를 따라서 형성된다. 또한 하부판(13)의 회전자(12)의 영구자석과 마주보는 측면도 빗살형상의 유도자(20)가 상향으로 형성되어져 있어 하향되는 유도자(19)들 사이 사이에 개재되게 된다. 또한 상부판(14)과 하부판(13)의 내부공간에는 제 1 여자코일(17)이 권선되어 있다.

제 2 고정자(11) 또한 마찬가지 형상을 하고 있으며, 상부판(15), 하부판(16)의 회전자(12)를 마주보는 면은 각각의 빗살형상의 유도자(22), (21)를 갖고 있어 이들이 서로 맞무리는 구조를 갖고 있다. 또한 상부판(15)와 하부판(16)으로 이루어진 내부 공간에는 제 2 여자코일(18)이 권선된다.

도 3은 제 1 고정자와 제 2 고정자에 형성된 유도자들을 상세히 나타내기 위한 전개도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 제 1 고정자(10)의 상부판(14)에 형성된 유도자(19)와, 제 2 고정자(11)의 상부판(15)에 형성된 유도자(22)는 기계각 θ만큼 이동되어 형성되고, 이를 전기각으로 환산하면 90°의 위상차를 갖도록 형성된다.

이와 같은 구조의 스텝 모터의 제 1 여자코일의 상을 A상, 제 2 여자코일의 상을 B상이라 정하고, 스텝을 각각의 상을 제어수단에 의해서 여자함으로써 발생되는 토크는 도4와 같이 나타낼 수 있으며, 이들 토크를 벡터적으로 나타낸 것이 도 5이다.

도 4 및 도 5에서, + 와 -의 부호는 회전자(12)의 회전방향을 나타내며, +는 시계방향을 -는 반시계방향을 나타낸다. 이상적으로는 A상과 B상은 정확히 90°의 위상차를 갖도록 설계된다. 그러나 조립상의 문제나, 제조상의 어떤 문제로 인하여 90°의 위상차를 갖지 못한다면 즉, 스텝각이 90°로 정확하지 않다면, 각각의 스텝간에 가해지는 토크는 균일하지 않고 이들 토크에 의해서 결정되는 각 스텝간의 거리 또한 균일하다고 할 수 없다. 특히 이러한 문제점이 가속구간에서 발생된다면 프린터의 인자시 처음 인자되는 위치가 각 라인단위로 틀려지게된다.

도 6은 종래의 스텝 모터에 있어서, 위상차가 정확히 90°를 유지하지 못할 때의 토크를 벡터도로 나타낸 것이다.

A상과 B상은 90°보다 많은 90°+ θ의 위상차를 갖을 때, 이들의 합성토크 벡터 A + B, -A + B, -A - B, A - B들이 서로 일치하지 않게된다. 즉 이들의 벡터크기는 수학식 1과 같다.

[수학식 1]

ㅣA + B ㅣ≤ ㅣA - B ㅣ

상기 식에서와 같이, 두 개의 벡터들의 부호가 일치하는 경우보다 부호가 틀린 경우에 벡터의 합의 크기가 크게된다.

만일 프린터의 처음 라인의 인자과정이 정지상 토크 벡터 A + B에서 출발하여, 가속구간 3 스텝을 수행한 후에, 등속구간에서 인자를 시작하여 4스텝동안 인자를 수행한 후 3 스텝만에 감속되어 정지한다고 가정할 때의 각 스텝간의 이동거리는 A상과 B상의 위상차가 정확히 90°이고, 각각의 상에서 발생하는 토크가 같다고 가정하면 각 스텝간의 이동거리는 도 7a와 같다. 그러나 위상차가 90°이상이 될 때는 도 7b와 같이 된다. A상, B상에 동일부호의 여자가 발생된다고 한다면 약한 토크가 발생되고, 다른 부호의 여자가 발생된다면 큰 토크가 발생된다.

도 7b, c에 도시된 바와 같이, 한 라인을 11스텝을 거쳐서 완성 했을 때, 최종상이 -A - B상으로 종료되므로 다음 라인의 처음상은 +A - B상으로 된다. 따라서 가속구간의 이동거리는 처음라인과 두 번째라인이 틀리게 된다. 따라서 단방향의 인쇄시 인자가 시작되는 등속구간의 처음 위치도 △L 만큼의 차이를 갖는다. 이것은 인쇄방향이 양방향으로 수행될 때에도 마찬가지의 현상이 일어나게 된다.

본 발명은 이러한 문제점을 고려하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 스텝각이 제작상 또는 조립상의 문제로 인하여 A상과 B상이 정확히 90°를 유지하지 않는다고 하여도 출발상을 일정하게 유지하도록 함으로써 오차로 인한 라인간의 처음 인자위치를 정확히 맞추도록 하기 위한 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다.

도 1은 일반적인 셔틀방식의 프린터의 구동장치를 개략적으로 나타내는 구조도이다.

도 2는 일반적인 영구자석형 2상 스텝 모터의 구조를 나타내기 위한 절단 사시도이다.

도 3은 제 1 고정자와 제 2 고정자에 형성된 유도자들을 상세히 나타내기 위한 전개도이다.

도 4는 각 상의 여자상태를 나타내고 있다.

도 5는 각상의 여자상태를 벡터도로 나타낸 것이다.

도 6은 종래의 스텝 모터에 있어서, 위상차가 정확히 90°를 유지하지 못할 때의 벡터도이다.

도 7은 각 스텝간의 차이를 나타내기 위한 그래프이다.

도 8은 본 발명의 일실시예를 나타내기 위한 구성 블록도이다.

도 9는 본 발명의 처리수순을 나타내기 위한 플로 챠트이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100; 스텝 모터 제어부 101;롬 102;램 103;입출력인터페이스

104;위치 검출기 105;상 검출기 106;상 신호발생기

107;중앙처리장치 108;스텝모터구동부

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 스텝모터의 위치를 검출하기 위한 위치검출기와, 스텝모터의 상을 검출하기 위한 상 검출기와 상기 위치검출기에 의해서 검출된 스텝모터의 위치와 상기 상검출기에 의해서 검출된 상으로부터 상기 스텝모터의 정지와 출발이 특정상들에서만 이루어지도록 제어하기 위한 스텝 모터제어부와, 상기 스텝모터 제어부의 구동신호에 의해서 스텝모터를 구동시키는 구동부로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 특징은 상기 스텝모터의 제어부의 제어수순에 특징이 있다.

이동 스텝 목표량과 출발과 정지시에 바람직한 각상의 여자상태를 저장한다. 정지상태를 검출하고, 정지상태에서의 여자상태와 상기 저장된 정지시의 여장상과 비교한다. 상기 비교결과 일치하지 않는 다면 상기 이동 스텝 목표량을 조정하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면에 따라서 본 발명의 특징을 보다 상세히 설명하기로한다.

도 8은 본 발명의 일실시예를 나타내기 위한 구성 블록도이다.

스텝모터 제어부(100)는 중앙처리장치(107)와 중앙처리장치(107)를 제어하기 위한 제어프로그램, 데이터 및 스텝 모터의 이동스텝 목표량을 저장하고 있는 롬(101)과 중앙처리장치(107)에 입출력하기 위한 데이터를 일시적으로 저장하고 있는 램(102)과 중앙처리장치(107)와 주변장치들간에 데이터를 상호 교환할 수 있도록 하는 입출력 인터페이스(103) 및 입출력 인터페이스(103)로부터 입력되는 특정펄스와 모터의 회전방향을 결정하기 위한 스텝핑 펄스를 발생하기 위한 상 신호발생기(106)로 이루어진다.

위치 검출기(104)는 구동 또는 정지중인 스텝모터의 현재의 위치를 검출하여 입출력 인터페이스(103)를 통하여 중앙처리장치(107)에 데이터를 전송한다. 중앙처리장치(107)에서는 위치검출된 데이터와 롬(101)에 저장된 이동 목표량과 계속적으로 비교함으로써 스텝모터가 목표량에 도달되었는가를 판단한다.

스텝모터 구동부(108)는 중앙처리장치(107)로부터 입출력 인터페이스(106)를 통하여 입력되는 펄스명령신호에 따라서 발생된 상신호 발생기(106)의 펄스신호에 따라서, A상과 B상을 A+B, -A+B, -A-B, A-B의 순서로 여자되도록 한다.

또한, 상검출기(105)는 스텝모터 구동부(108)의 여자상으로부터 현재 여자되는 상을 검출하여 입출력 인터페이스(103)를 통하여 중앙처리장치(107)에 현재 여자상태의 데이터를 전송한다.

중앙처리장치(107)는 위치검출기(104)로부터 전송된 현재위치와 이동스텝 목표량을 비교하여 스텝모터가 현재 목표량에 도달되었다고 판단되면 상 검출기로부터 전송된 현재 여자상태를 검출하여 이 여자상태가 롬(101)에 저장된 특정상인 가를 검출한다. 특정상에 해당되면 정지명령신호를 상신호발생기(106)에 전송하여 스텝모터 구동부(108)로 하여금 각상을 여자하지 못하도록 하고, 특정상이 아닌 경우에는 시계방향으로 회전하고 있는 경우에는 한 스텝 증가하여 정지하고, 반 시계방향으로 회전하는 경우에는 한 스텝전으로 이동하여 정지하도록 하기 위한 제어명령을 전송한다.

여자분포가 불균일 한 경우에 수학식 1에서와 같이, 두 개의 상 부호가 틀린 경우가 일치하는 경우보다 여자된 코일로부터 발생된 토크가 크기 때문에 각 라인의 출발상은 시동토크를 증대시키기 위하여 상의 부호가 틀린 상의 조합 A-B와 -B+A로 설정되고, 반대로 감속시에 최종 정지상은 토오크가 약한 A+B, -A-B로 설정한다.

또한, 위치검출기(104)는 출발위치를 고정하고, 스텝모터에 가해진 펄스의 수를 가산하는 프로그램에 의해서 소프트 웨어적으로 처리되고, 마찬가지로 상 검출기는 상의 신호를 각 라인의 처음의 상을 고정적으로 설정하고, 스텝모터에 가해지는 펄스의 수를 이용하여 소프트 웨어적으로 충분히 얻을 수 있다.

상기 실시예의 변형으로 많은 다른 실시예들이 존재할 수 있다.

롬(101)에는 이동 목표량과 각 라인의 출발상과 정지상이 저장된다. 위치검출기(104)에서 검출된 위치가 이동 목표량에 해당되는 경우라면 중앙처리장치(107)는 상신호발생기(106)에서 더 이상의 펄스가 발생되지 않도록 한다. 그리고 상검출기(105)로부터 입력된 상신호 데이터로부터 현재 위치에서의 여자상태를 입력받아 롬(101)에 저장된 정지상과 비교한다. 중앙처리장치(107)는 만일 검출된 여자상태가 롬(101)에 저장된 정지상과 일치한다면 다음 라인을 위하여 다음 스텝의 여자상태의 신호에 해당하는 펄스를 발생하도록 상신호발생기(106)에 펄스제어신호를 공급한다. 그러나, 검출된 여자상태가 롬(101)에 저장된 정지상과 일치하지 않는다면 중앙처리장치(107)는 신호 발생기(106)에서 다음 라인을 위한 출발상으로는 다음 스텝을 위한 여자상태를 생략한 그 다음 스텝의 여자상태를 여자함으로써 출발시의 여자상태를 맞출 수 있다. 즉,(A + B)→(-A + B)→(-A - B)→(A - B)→……의 상순서대로 여자되는중에 만일 롬에 저장된 정지상과 틀린 (-A + B)의 여자상태에서 정지되었다면, 중앙처리장치(107)는 상신호발생기(106)에 그 다음 순서인 (-A - B)를 생략한 체로 (A - B)로 여자하도록 함으로써 출발상을 일정하게 할 수 있다.

또한 이때 스텝모터가 시계방향으로 회전하던중에 정지되었다고하면 상기에서와 같이 출발상을 조정할 수 있고, 반시계방향으로 정지되던중에 정지되었다고 한다면 앞으로의 진행순서와는 반대로 뒤의 순서인 (-A + B)상을 여자함으로써 양방향 인쇄를 수행할 수 있다.

도 9는 본 발명의 처리수순을 나타내기 위한 플로 챠트이다.

롬(101)에는 프로그램과 제어에 소요되는 많은 데이터들, 특히 스텝모터가 감속하여 정지됐을 때 정지시 바람직한 각상의 여자상태가 저장된다(S1).

또한, 스텝모터가 이동하여야 할 목표량이 저장된다(S2).

위치검출기(104)로부터 스텝모터의 현재위치를 검출하여 중앙처리장치(107)에 전송하고, 중앙처리장치(107)에서는 상기 롬(101)에 저장된 목표량과 비교하여(S3,4), 목표값 도달여부를 판단한다. 중앙처리장치(107)는 스텝모터가 목표량에 도달되었다고 판단하면 상검출기(105)로부터 상을 검출하여(S5),롬에 저장된 정지상과 비교하여 롬에 저장된 상과 일치하지 않는다면 스텝모터의 목표량을 한 스텝더 증가시키거나 감소시킴으로써 스텝모터의 정지 위치를 조정한다. 이때 스텝모터의 회전방향에 따라서 증가감소는 결정된다.

상기한 바의 구성과 동작의 본 발명에 따르면, 정밀한 제어를 요구하는 프린터등의 동력장치로서 사용되는 스텝모터는 제조공정상에서 발생되는 오차를 실질적으로 감소시키는 효과가 있다. 특히, 본 발명을 셔틀방식의 프린터에 사용할 때 가속도 구간 및 감속구간에서 각각의 라인별로 동일한 토크를 발생토록 함으로써 제조공정상에서 발생한 스텝각의 오차를 최소화하는 효과가 있다.

Claims (8)

1. 다수의 상을 여자함으로써 구동토크를 얻는 스텝모터 제어 시스템에 있어서,

   상기 스텝모터의 위치를 검출하기 위한 위치검출기;

   상기 스텝모터의 여자상태를 검출하기 위한 상 검출기;

   상기 위치검출기에 의해서 검출된 스텝모터의 위치와 상기 상검출기에 의해서 검출된 여자상태로부터 상기 스텝모터의 정지와 출발이 특정여자상태에서만 이루어지도록 제어하기 위한 스텝 모터제어부; 및

   상기 스텝모터 제어부의 구동신호에 의해서 스텝모터를 구동시키는 구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 스텝모터 제어 시스템.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 스텝 모터 제어부는

   제어프로그램, 상기 특정 여자상태, 및 스텝 모터 이동 스텝 목표량을 저장하고 있는 롬;

   상기 위치검출기의 데이터와 상기 롬에 저장된 이동 스텝 목표량과 비교하여 정지위치를 검출하고, 상기 상검출기로부터 정지위치의 상을 검출하고, 정지위치의 여자상태와 상기 롬에 저장된 정지위치의 상과 일치하는 지를 비교하여 일치하지 않을 때에는 상기 목표량을 조정하기 위한 조정신호를 발생하는 중앙처리장치; 및

   상기 중앙처리장치의 제어신호에 의해서 상기 스텝모터 구동부에 구동펄스를 발생시키는 상신호발생기를 포함하는 것을 특징으로 하는 스텝모터 제어 시스템.
3. 제 1 항에서, 상기 스텝모터는 90°위상차를 갖도록 설계되는 2상 스텝모터이며, 상기 롬에 저장되는 특정 여자상태는 정지시에는 두 개의 상이 동일 부호, 출발시에는 두 개의 상이 서로 다른 부호로 설정 저장됨으로써, 출발시의 시동토크가 큰 것을 특징으로하는 스텝모터의 제어 시스템.
4. 제 2 항에서 상기 조정신호는 상기 스텝모터의 진행방향으로 한 스텝씩 더 진행하는 것을 특징으로 하는 스텝모터의 제어 시스템.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 스텝 모터 제어부는

   제어프로그램, 상기 특정여자상태, 및 스텝 모터 이동 스텝 목표량을 저장하고 있는 롬;

   상기 위치검출기의 데이터와 상기 롬에 저장된 이동 스텝 목표량과 비교하여 정지위치를 검출하고, 상기 상검출기로부터 정지위치의 여자상태를 검출하고, 정지위치의 여자상태와 상기 롬에 저장된 정지위치의 상과 일치하는 지를 비교하여 일치하지 않을 때에는 출발 여자상태로 다음 스텝을 여자하기 위한 여자상태를 생략하고 그 다음 스템의 여자상태로 상기 스텝모터 구동부가 구동되도록 제어신호를 발생하는 중앙처리장치; 및

   상기 중앙처리장치의 제어신호에 의해서 상기 스텝모터 구동부에 구동펄스를 발생시키는 상신호발생기를 포함하는 것을 특징으로 하는 스텝모터 제어 시스템.
6. 다수의 상으로 여자되는 스텝모터의 제어방법에 있어서,

   상기 스텝모터의 이동 스텝 목표량과 출발과 정지시에 바람직한 각상의 여자상태를 저장하는 데이터 저장단계;

   상기 스텝모터의 정지시를 검출하고, 정지시에 여자상태와 상기 저장된 정지시의 각상의 여자상태와 비교하는 상비교단계; 및

   상기 상비교결과 일치하지 않을 때에는 상기 이동 스텝 목표량을 조정하는 조정단계를 포함하는 것을 특징으로 스텝모터의 제어방법.
7. 제 6 항에서, 상기 스텝모터는 90°위상차를 갖도록 설계되는 2상 스텝모터이며, 상기 바람직한 여자상태는 정지시에 두 개의 상이 동일 부호이며, 출발시에는 두 개의 상이 서로 다른 부호로 설정 저장됨으로써, 출발시의 시동토크가 큰 것을 특징으로하는 스텝모터의 제어방법.
8. 제 6 항에서 상기 조정단계는 상기 스텝모터의 진행방향으로 한 스텝씩 더 진행하는 것을 특징으로 하는 스텝모터의 제어 시스템.