KR20160029167A - Step motor assembly and method for controlling the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 스텝모터 및 스텝모터의 제어 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 복수개의 스텝모터로 이루어져 높은 해상도를 갖는 스텝모터 어셈블리 및 이 스텝모터 어셈블리의 제어 방법에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE
스텝모터(step motor)는 펄스 형태의 입력 전압에 의해 일정 각도씩 회전하는 전동기로서 입력되는 일련의 펄스열에 의해 연속적인 회전을 한다. 오늘날 스텝모터는 직선 또는 회전 운동을 하는 각종 다양한 장치에 널리 사용되고 있다. A stepper motor is a motor that rotates at a certain angle by a pulse-shaped input voltage. The stepper motor is continuously rotated by a series of input pulse sequences. Today, stepping motors are widely used in a variety of devices that perform linear or rotary motion.
도1은 기본적인 형태의 종래 스텝모터를 도시한 것으로, 도1a는 스텝모터의 평면, 도1b는 측단면을 각각 도식적으로 나타낸다. 이러한 일반적인 스텝모터는 고정자(1), 회전자(2)내용 및 회전자와 일체로 결합된 샤프트(3)를 포함한다. 고정자(1)는 스텝모터의 하우징(7,8)에 결합되어 고정되어 있고, 회전자(2)와 일체인 샤프트(3)는 베어링(4) 등의 연결수단에 의해 스텝모터의 하우징(7,8)에 회전가능하게 결합된다. Fig. 1 shows a conventional step motor in a basic form. Fig. 1a schematically shows a plane of a step motor, and Fig. 1b schematically shows a side cross-section. This general step motor includes the
고정자(1)는 예컨대 철심에 코일이 감겨져 있는 전자석으로 형성되고 회전자(2)는 영구자석으로 구성된다. 고정자(1)에 감겨있는 코일에 펄스를 인가하면 자력이 발생하고 이 자력이 회전자(2)의 N극 또는 S극을 끌어당기는 동작을 반복함으로써 회전자(2)가 회전하게 된다. The
스텝모터는 스텝모터를 구성하는 고정자와 회전자의 물리적 구조에 따라 해상도가 결정되며, 해상도에 따라 한번의 펄스 입력에 회전하는 회전각, 즉 스텝각이 결정된다. 일반적으로 정밀한 장치 제어를 위해 해상도가 큰 스텝모터를 사용해야 하지만 높은 해상도를 갖는 스텝모터는 비용이 큰 단점이 있고 해상도를 높이는데도 한계가 있다. The step motor determines the resolution according to the physical structure of the stator and the rotor constituting the step motor, and the rotation angle, that is, the step angle, which is rotated by one pulse input is determined according to the resolution. Generally, a stepper motor with a high resolution is required for precise device control. However, a stepper motor with a high resolution has a disadvantage in cost, and has a limitation in increasing resolution.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 간단한 구성으로 높은 해상도를 갖는 스텝모터 어셈블리를 제공한다. According to an embodiment of the present invention, there is provided a step motor assembly having a high resolution in a simple configuration.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 스텝모터 어셈블리에 입력된 목표 회전각까지 가능한 가장 작은 펄스 입력시간 내에 회전할 수 있는 스텝모터 어셈블리 및 이의 제어 방법을 제공한다. According to an embodiment of the present invention, there is provided a step motor assembly capable of rotating within a minimum pulse input time up to a target rotation angle input to a step motor assembly, and a control method thereof.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 스텝모터 및 제2 스텝모터를 구비한 스텝모터 어셈블리로서, 상기 제1 스텝모터는 제1 고정자; 및 상기 제1 고정자에 대해 상대적으로 회전하는 제1 회전자;를 포함하고, 상기 제2 스텝모터는 상기 제1 회전자에 결합된 제2 고정자; 및 상기 제2 고정자에 대해 상대적으로 회전하는 제2 회전자;를 포함하고, 상기 스텝모터 어셈블리가 갖는 최소 스텝각이 상기 제1 스텝모터의 스텝각 및 제2 스텝모터의 스텝각의 차이인 것을 특징으로 하는 스텝모터 어셈블리가 제공된다. According to an embodiment of the present invention, there is provided a step motor assembly including a first step motor and a second step motor, wherein the first step motor includes: a first stator; And a first rotor rotating relative to the first stator, the second step motor including a second stator coupled to the first rotor; And a second rotor rotating relative to the second stator, wherein a minimum step angle of the step motor assembly is a difference between a step angle of the first step motor and a step angle of the second step motor A step motor assembly is provided.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 고정자와 이 제1 고정자에 대해 상대적으로 회전하는 제1 회전자를 구비한 제1 스텝모터와 상기 제1 회전자에 결합된 제2 고정자와 이 제2 고정자에 대해 상대적으로 회전하는 제2 회전자를 구비한 제2 스텝모터를 포함하는 스텝모터 어셈블리를 제어하는 방법으로서, 스텝모터 어셈블리의 목표 회전각을 제1 스텝모터의 스텝각 및 스텝모터 어셈블리의 최소 스텝각의 조합으로 분해하는 단계; 상기 스텝모터 어셈블리의 최소 스텝각으로 회전하는 횟수를 기설정된 기준값과 비교하는 단계; 및 상기 비교 결과에 따라, 상기 제1 스텝모터와 제2 스텝모터의 각각에 인가할 펄스값을 산출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법이 제공된다. According to an embodiment of the present invention, there is provided a stator comprising a first stator having a first stator and a first rotor rotatable relative to the first stator, a second stator coupled to the first rotor, A method for controlling a step motor assembly including a second step motor having a second rotor rotating relative to a stator, the method comprising the steps of: Decomposing into a combination of minimum step angles; Comparing the number of rotations with a minimum step angle of the step motor assembly to a preset reference value; And calculating a pulse value to be applied to each of the first step motor and the second step motor according to the comparison result.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 비교적 해상도가 낮은 두 개의 스텝모터를 직렬 연결함으로써 높은 해상도를 갖는 스텝모터 어셈블리를 제공할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, a step motor assembly having a high resolution can be provided by serially connecting two step motors with relatively low resolution.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 스텝모터 어셈블리에 입력된 목표 회전각까지 가능한 가장 작은 펄스 입력시간 내에 회전함으로써 스텝모터 구동시간을 단축할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the step motor driving time can be shortened by rotating within the smallest pulse input time possible up to the target rotation angle input to the step motor assembly.
도1a 및 도1b는 종래의 스텝모터를 설명하기 위한 도면,
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스텝모터 어셈블리를 설명하기 위한 도면,
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 스텝모터 어셈블리의 동작을 설명하기 위한 도면,
도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 스텝모터 어셈블리의 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.1A and 1B are diagrams for explaining a conventional step motor,
2 is a view for explaining a step motor assembly according to an embodiment of the present invention;
3 is a view for explaining the operation of the step motor assembly according to an embodiment of the present invention;
4 is a flowchart illustrating a method of controlling a step motor assembly according to an embodiment of the present invention.
이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The above and other objects, features, and advantages of the present invention will become more readily apparent from the following description of preferred embodiments with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein but may be embodied in other forms. Rather, the embodiments disclosed herein are provided so that the disclosure can be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소의 "위"(또는 "아래", "오른쪽", 또는 "왼쪽")에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소의 위(또는 아래, 오른쪽, 또는 왼쪽)에 직접 위치될 수 있거나 또는 그들 사이에 제3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.In this specification, when an element is referred to as being "above" (or "below", "right", or "left") another element, ) Or it may mean that a third component may be interposed therebetween. Further, in the drawings, the thickness of the components is exaggerated for an effective description of the technical content.
또한 본 명세서에서 구성요소간의 위치 관계를 설명하기 위해 사용되는 '상부(위)', '하부(아래)', '좌측', '우측', '전면', '후면' 등의 표현은 절대적 기준으로서의 방향이나 위치를 의미하지 않으며, 각 도면을 참조하여 본 발명을 설명할 때 해당 도면을 기준으로 설명의 편의를 위해 사용되는 상대적 표현이다. Also, in this specification, expressions such as 'upper', 'lower (lower)', 'left', 'right', 'front', 'rear' And it is a relative expression used for convenience of explanation based on the drawings when describing the present invention with reference to the respective drawings.
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 구성요소들을 기술하기 위해서 사용된 경우, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.Where the terms first, second, etc. are used herein to describe components, these components should not be limited by such terms. These terms have only been used to distinguish one component from another. The embodiments described and exemplified herein also include their complementary embodiments.
본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprise)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.In the present specification, the singular form includes plural forms unless otherwise specified in the specification. The terms "comprise" and / or "comprising" used in the specification do not exclude the presence or addition of one or more other elements.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다. 아래의 특정 실시예들을 기술하는데 있어서, 여러 가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 독자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될 수 있다는 것을 인지할 수 있다. 어떤 경우에는, 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련 없는 부분들은 본 발명을 설명하는 데 있어 혼돈을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In describing the specific embodiments below, various specific details have been set forth in order to explain the invention in greater detail and to assist in understanding it. However, it will be appreciated by those skilled in the art that the present invention may be understood by those skilled in the art without departing from such specific details. In some cases, it should be mentioned in advance that it is common knowledge in describing an invention that parts not significantly related to the invention are not described in order to avoid confusion in explaining the present invention.
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스텝모터 어셈블리를 설명하기 위한 도면으로, 스텝모터 어셈블리의 예시적인 단면도를 나타낸다. FIG. 2 is a view for explaining a step motor assembly according to an embodiment of the present invention, and shows an exemplary sectional view of a step motor assembly.
도면을 참조하면, 일 실시예에 따른 스텝모터 어셈블리(100)는 제1 스텝모터(10)와 제2 스텝모터(20)를 포함한다. 제1 스텝모터는(10)는 하우징(17,18)에 부착된 고정자(stator)(11), 및 이 고정자(11)에 대해 상대적으로 회전하는 회전자(rotor)(12)를 포함한다. 일 실시예에서 회전자(12)는 샤프트(13)와 일체로 회전하도록 형성되고, 샤프트(13)는 베어링(14) 등의 연결수단에 의해 제1 스텝모터(10)의 하우징(17,18)에 회전가능하게 결합된다. Referring to the drawings, a
제2 스텝모터(20)는 하우징(27,28)에 부착된 고정자(21), 및 이 고정자(21)에 대해 상대적으로 회전하는 회전자(22)를 포함한다. 일 실시예에서 회전자(22)는 샤프트(23)과 일체로 회전하도록 형성되고, 샤프트(23)는 베어링(24) 등의 연결수단에 의해 제2 스텝모터(20)의 하우징(27,28)에 회전가능하게 결합되어 지지된다. 샤프트(23)는 제2 스텝모터(20)의 하우징(27) 외부로 돌출되어 연장되어 있고, 이 샤프트(23)에 임의의 부하(load)가 연결되어 본 발명의 일 실시예에 따른 스텝모터 어셈블리가 상기 부하를 구동하도록 사용될 수 있다. The
바람직한 일 실시예에서 제2 스텝모터(20)의 고정자(21)는 제1 스텝모터(10)의 회전자(12)와 일체로 회전하도록 형성된다. 예컨대 도시한 것처럼 제1 스텝모터(10)의 샤프트(13)가 제2 스텝모터(20)의 하우징(28)에 결합되어 샤프트(13)와 하우징(27,28)이 일체로 회전가능하게 구성됨으로써, 제1 스텝모터(10)의 회전자(12)와 제2 스텝모터(20)의 고정자(21)가 일체로 회전할 수 있다. In a preferred embodiment, the
일 실시예에서 제1 스텝모터(10)와 제2 스텝모터(20)의 각각의 고정자(11,21)는 전자석으로 구현되고 이의 대응되는 부재인 각각의 회전자(12,22)는 영구자석으로 구현될 수 있다. 또는 대안적으로, 제1 스텝모터(10)와 제2 스텝모터(20)의 각각의 고정자(11,12)가 영구자석으로 구현되고 회전자(12,22)가 전자석으로 구현되어도 무방하다. In one embodiment, the
제1 스텝모터(10)와 제2 스텝모터(20)의 각각은 서로 상이한 스텝각(스텝모터가 한번의 펄스에 의해 회전하는 각도)을 가진다. 즉 제1 스텝모터(10)와 제2 스텝모터(20)의 해상도가 상이하다. 또한 제1 스텝모터(10)와 제2 스텝모터(20)는 서로 상이한 펄스값을 각기 동시에 입력받아 각각의 회전자(12,22)가 회전할 수 있으며, 이 때 회전자(12,22)는 동일한 회전방향으로 회전할 수도 있고 서로 반대 방향으로 회전할 수도 있다. 이에 대해서는 이하의 도3 및 도4를 참조하여 후술하기로 한다. Each of the
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 스텝모터 어셈블리의 동작을 설명하기 위한 도면이다. 3 is a view for explaining the operation of the step motor assembly according to an embodiment of the present invention.
도면을 참조하면, 일 실시예에 따른 스텝모터 어셈블리는 제1 스텝모터(10)와 제2 스텝모터(20), 및 구동부(30)를 포함한다. 도3에 도시한 제1 스텝모터(10)와 제2 스텝모터(20)는 도2에 도시한 제1 및 제2 스텝모터(10,20)와 동일 내지 유사하며, 따라서 설명을 생략한다. Referring to the drawings, a step motor assembly according to an embodiment includes a
도3의 실시예에서 스텝모터 어셈블리는 추가적으로 구동부(30)를 더 포함한다. 구동부(30)는 스텝모터 어셈블리를 구동하기 위한 기능부이며, 일 실시예에서 펄스 생성부(31) 및 제어부(33)를 포함할 수 있다.In the embodiment of FIG. 3, the step motor assembly further includes a
펄스 생성부(31)는 스텝모터 어셈블리의 제1 및 제2 스텝모터(10,20)를 구동하기 위한 펄스값을 각 스텝모터(10,20)에 각기 별개로 인가한다. 일 실시예에서 제1 및 제2 스텝모터(10,20)의 각각의 고정자(11,21)가 전자석으로 구현되어 있고, 이에 따라 펄스 생성부(31)는 각 고정자(11,21)에 각기 서로 다른 펄스파를 인가하여 제1 및 제2 스텝모터의 각각의 회전자(12,22)를 구동할 수 있다. The
펄스 생성부(31)에서 생성된 펄스파를 고정자(11,21)에 인가하기 위해 펄스 생성부(31)와 고정자(11,21) 각각의 전기적 접속은 실시 형태에 따라 다양한 방법으로 구현될 수 있다. 제1 스텝모터(10)의 고정자(11)는 회전하지 않고 고정되어 있으므로 펄스 생성부(31)에서 고정자(11)까지의 전선을 연결할 수 있다. 제2 스텝모터(20)의 고정자(21)는 제1 스텝모터(10)에 대해 회전한다. 따라서 제2 스텝모터(20)의 회전 범위가 제한적인 실시 형태에서는 펄스 생성부(31)에서 회전자(21)로 직접 전선을 연결시킬 수 있고, 만일 제 스텝모터(20)의 회전범위가 큰 경우, 예컨대 제1 스텝모터(10)의 샤프트(13) 내부에 관통구를 형성한 뒤 가요성(flexible) 전선을 이 샤프트(13)를 관통하여 제2 스텝모터(20)의 고정자(21)에 연결시키거나 슬립링(slip ring)을 이용하여 고정자(21)와 전기적 접속을 확보할 수 있다. The electrical connections of the
일 실시예에서 펄스 생성부(31)는 예컨대 복수개의 반도체 트랜지스터로 이루어진 스위칭 회로로 구현되고 각 트랜지스터의 게이트를 제어하여 소정의 원하는 구형 펄스파를 생성할 수 있고, 이 생성된 펄스파를 각각의 고정자(11,21)에 인가할 수 있다. In one embodiment, the
이 때 각 트랜지스터의 게이트를 제어하는 제어신호가 제어부(33)로부터 인가될 수 있다. 즉 제어부(33)는 제1 및 제2 스텝모터(10,20)에 인가할 펄스파의 생성 및 형태를 제어한다. 예를 들어, 스텝모터 어셈블리의 제2 스텝모터(20)의 샤프트(23)가 제1 스텝모터(10)의 하우징(17,18)에 대해 상대적으로 회전해야 할 목표 회전각이 입력되면, 제어부(33)는 각 샤프트(13,23)가 각기 회전해야 할 회전각을 결정하고, 이에 따라 펄스 생성부(31)가 제1 스텝모터(10)와 제2 스텝모터(20)에 각각 소정 횟수의 펄스파를 인가할 수 있도록 펄스 생성부(31)를 제어한다.At this time, a control signal for controlling the gates of the respective transistors can be applied from the
일반적으로 스텝모터의 "해상도"는 스텝모터의 회전자(즉, 샤프트)가 1회전 하기 위해 몇번의 펄스를 입력해야 하는지를 의미하며, "step/rev." 또는 "pulse/rev."라는 단위로 표시한다. 또한 각 스텝모터의 "스텝각"은 한번의 입력 펄스에 의해 회전자(즉, 샤프트)가 회전하는 각도이며, 회전각을 도(°)로 표시하는 경우, (스텝각) = 360/(해상도) 의 관계가 성립한다. In general, the "resolution" of a stepper motor means how many pulses must be input for one revolution of the rotor (ie, shaft) of the stepper motor, and "step / rev." Or "pulse / rev.". The "step angle" of each step motor is the angle at which the rotor (ie, the shaft) rotates by one input pulse. When the rotation angle is expressed in degrees (step angle) ) Is established.
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 스텝모터 어셈블리(100)의 제1 스텝모터(10)와 제2 스텝모터(20)의 각각에 동시에 하나씩 펄스가 인가됨으로써 스텝모터 어셈블리(100)가 회전할 수 있는 회전각들 중 회전각이 최소인 값을 이하에서 "최소 스텝각"으로 칭하기로 한다. 이 때 최소 스텝각은 스텝모터 어셈블리(100) 장치 자체에 대해 스텝모터 어셈블리(100)의 출력 샤프트, 즉 제2 스텝모터(20)의 샤프트(23)가 회전하는 각도이며, 다시 말하면, 제1 스텝모터(10)의 하우징(17,18) 또는 고정자(11)에 대해 상대적으로 샤프트(23)가 회전하는 각도이다. The
일 실시예에서 제1 스텝모터(10)와 제2 스텝모터(20)는 서로 상이한 해상도를 가진다. 바람직하게는, 제1 스텝모터(10)의 해상도("R1")와 제2 스텝모터(20)의 해상도("R2")가 비슷한 값을 가진다. 예컨대, R2가 R1 보다 큰 값인 경우, 일 실시예에서 R2가 R1 보다 10배 이상 크지 않도록 제1 스텝모터와 제2 스텝모터를 선택하는 것이 바람직하다. 또 다른 일 실시예에서, R1이 0.8*R2에서 R2 사이의 값, 바람직하게는 0.9*R2 내지 R2 사이의 값을 갖도록 제1 스텝모터와 제2 스텝모터를 선택할 수 있다. In one embodiment, the
일 실시예에서 제1 스텝모터(10)의 스텝각을 "A", 제2 스텝모터(20)의 스텝각을 "B"라고 하면, A = 360/R1 이고, B = 360/R2 가 성립한다. Assuming that the step angle of the
또한 바람직하게는, 스텝모터 어셈블리(100)의 최소 스텝각을 "S"라 할 때, 본 발명은 제1 스텝모터(10)와 제2 스텝모터(20)의 해상도(또는 스텝각)의 차이가 크지 않도록 설정함으로써 다음 식이 성립하도록 한다. Preferably, when the minimum step angle of the
[수학식 1][Equation 1]
S = |A-B| S = | A-B |
즉 스텝모터 어셈블리(100)가 갖는 최소 스텝각은 이 스텝모터 어셈블리를 구성하는 제1 스텝모터(10)의 스텝각과 제2 스텝모터(20)의 스텝각의 차이와 같다. That is, the minimum step angle of the
예를 들어, 일 실시예에 따른 스텝모터 어셈블리(100)를 180 step/rev.의 해상도(R1)를 갖는 제1 스텝모터(10)와 200 step/rev.의 해상도(R2)를 갖는 제2 스텝모터(20)로 구성할 수 있다. 즉 해상도가 각각 180, 200으로서 서로 비슷한 해상도를 갖는 두 스텝모터로 스텝모터 어셈블리(100)를 구성한 것으로, 이 경우 제1 및 제2 스텝모터를 포함하는 전체 어셈블리, 즉 스텝모터 어셈블리(100)의 최소 스텝각(S)은 다음과 같다. For example, the
S = |A-B| = 360/180 - 360/200 = 20-18 = 2(°)S = | A-B | = 360/180 - 360/200 = 20-18 = 2 (°)
한편 스텝모터 어셈블리(100)의 해상도를 "Ra"라 할 때, 상기 수식1에 의해 Ra는 다음과 같이 표현된다. On the other hand, when the resolution of the
[수학식 2]&Quot; (2) "
Ra = 360/S = (R1*R2)/(R2-R1)Ra = 360 / S = (R1 * R2) / (R2-R1)
즉 스텝모터 어셈블리(100)의 해상도(Ra)는 제1 스텝모터의 해상도(R1)와 제2 스텝모터의 해상도(R2)의 곱에 비례하고, 제1 스텝모터의 해상도와 상기 제2 스텝모터의 해상도의 차이(R2-R1)에 반비례한다. That is, the resolution Ra of the
이제 일 실시예에 따른 스텝모터 어셈블리(100)의 제어 알고리즘의 예를 설명하기로 한다. 어셈블리(100)의 제1 스텝모터(10)의 스텝각(A)이 1°, 제2 스텝모터(20)의 스텝각(B)이 0.9°라고 가정한다. 즉 제1 스텝모터(10)의 해상도(R1)는 360 step/rev.이고 제2 스텝모터(20)의 해상도(R2)는 400 step/rev.이다. An example of the control algorithm of the
이러한 구성의 스텝모터 어셈블리(100)를 예컨대 시계방향으로 17.8° 회전시킨다고 가정한다. 즉 이 경우 스텁모터 어셈블리(100)의 목표 회전각이 17.8°로서, 제2 스텝모터의 샤프트(23)가 제1 스텝모터의 고정자(11)(또는 하우징(17,18))에 대해 상기 목표 회전각만큼 회전해야 한다. It is assumed that the
상기 예에서 스텝모터 어셈블리(100)의 최소 스텝각(S)은 0.1°이며, 목표 회전각만큼 샤프트(23)를 회전시키는 방법은 다음 두 가지 방법이 있다.In the above example, the minimum step angle S of the
첫째, 제1 및 제2 스텝모터 중 스텝각이 큰 제1 스텝모터(10)를 17° 시계방향 회전한 후 스텝모터 어셈블리(100)의 최소 스텝각(S)으로 8번 시계방향으로 더 회전하여 목표 회전각만큼 회전하는 방법, 및 First, the
둘째, 제1 스텝모터(10)를 18° 시계방향 회전한 후 스텝모터 어셈블리(100)의 최소 스텝각(S)으로 2번 반시계 방향으로 회전하여 목표 회전각만큼 회전하는 방법. Second, the
만약 상기 첫째 방법을 사용할 경우 목표 회전각은 다음과 같이 표현된다. If the first method is used, the target rotation angle is expressed as follows.
17.8° = 17*A + 8*(A-B) = 25*A - 8*B 17.8 = 17 * A + 8 * (A-B) = 25 * A-8 * B
즉 이 경우 제1 스텝모터(10)의 샤프트(13)가 시계방향으로 회전하도록 제1 스텝모터(10)에 25번의 펄스를 인가함과 동시에 제2 스텝모터(20)의 샤프트(23)가 반시계 방향으로 회전하도록 제2 스텝모터(20)에 8번의 펄스를 인가함으로써 목표 회전각만큼 회전할 수 있다. That is, in this case, 25 pulses are applied to the
만일 상기 두번째 방법을 사용할 경우 목표 회전각은 다음과 같이 표현된다. If the second method is used, the target rotation angle is expressed as follows.
17.8° = 18*A - 2*(A-B) = 16*A + 2*B 17.8 = 18 * A-2 * (A-B) = 16 * A + 2 * B
즉 두번째 방법의 경우 제1 스텝모터(10)에 시계방향으로 회전하도록 16번의 펄스를 인가함과 동시에 제2 스텝모터(20)에 시계방향으로 회전하도록 2번의 펄스를 인가함으로써 목표 회전각만큼 회전할 수 있다. 첫번째 방법과 비교할 때 두번째 방법이 스텝모터에 인가하는 펄스 횟수가 작으므로 두번째 방법에 의해 더 신속하게 스텝모터 어셈블리(100)를 구동할 수 있다. That is, in the case of the second method, 16 pulses are applied to the
위의 예에서 알 수 있듯이 목표 회전각만큼 회전함에 있어서 상술한 두가지 방법이 모두 가능하지만 첫번째 방법에서는 목표 회전각만큼 회전하기 위해 적어도 25번의 펄스를 인가할 시간이 필요하고 두번째 방법에서는 적어도 16번의 펄스를 인가할 시간이 필요하므로 이 경우 두번째 방법을 사용하는 것이 더 효과적이다. 즉 목표 회전각 및 어셈블리(100)의 최소 스텝각에 따라 어느 하나의 방법이 더 효율적일 수 있다. As can be seen from the above example, both of the above-described methods can be used to rotate the target rotation angle. However, in the first method, it is necessary to apply at least 25 pulses in order to rotate the target rotation angle. In the second method, It is more effective to use the second method in this case. Either the target rotation angle and the minimum step angle of the
이하에서는 상술한 예를 일반화하여 목표 회전각과 어셈블리의 최소 스텝각이 특정되지 않은 경우에서의 스텝모터 어셈블리(100)의 제어 방법을 도4를 참조하여 설명하기로 한다. Hereinafter, the control method of the
도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 스텝모터 어셈블리의 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 설명을 위해, 스텝모터 어셈블리(100)의 스텝각 및 해상도를 다음과 같이 표현하기로 한다. 4 is a flowchart illustrating a method of controlling a step motor assembly according to an embodiment of the present invention. For the sake of explanation, the step angle and resolution of the
A: 제1 스텝모터의 스텝각A: Step angle of the first step motor
B: 제2 스텝모터의 스텝각 (단, A>B 라고 가정함)B: Step angle of the second step motor (assuming A > B)
S: 스텝모터 어셈블리의 최소 스텝각 (S = A - B) S: Minimum step angle of the step motor assembly (S = A - B)
위와 같은 구성에서, 만일 스텝모터 어셈블리(100)의 목표 회전각이 소정 값으로 제어부(33)에 입력되었다고 가정한다. 이 때 목표 회전각은 스텝모터 어셈블리(100)의 해상도 내에서 임의의 각도를 갖는다고 전제한다. In the above configuration, it is assumed that the target rotation angle of the
목표 회전각을 "X"라고 하면, 제어부(33)는 도4의 단계(S110)에서 목표 회전각(X)을 스텝각이 큰 스텝모터(즉 본 예에서는 제1 스텝모터)의 스텝각과 최소 스텝각의 조합으로 분해한다. 이를 수식으로 표현하면 다음과 같다. If the target rotation angle is "X ", the
X = x1*A + x2*SX = x1 * A + x2 * S
즉 제어부(33)는 목표 회전각이 주어지면 제1 스텝모터(10)로 회전할 횟수(x1)와 어셈블리(100)의 최소 스텝각으로 회전할 횟수(x2)를 산출한다. 여기서 "x1"은 스텝각이 큰 스텝모터로 회전하는 횟수, 즉 스텝모터에 인가할 펄스값이고, "x2"는 최소 스텝각으로 회전하는 횟수를 의미한다. 이 때 x1의 값은, 제1 스텝모터(10)의 샤프트(13)의 회전만으로 목표 회전각을 초과하지 않는 범위내에서 가능한 가장 큰 값으로 선택하고, 그 후 샤프트(13)가 x1*A 각도만큼 회전한 위치에서 목표 회전각까지의 남은 각도에 기초하여 최소 스텝각의 회전할 횟수(x2)를 산출할 수 있다. The
그 후 단계(S120)에서, 제어부(33)는 스텝모터 어셈블리(100)의 최소 스텝각으로 회전할 횟수(x2)를 기설정된 기준값과 비교한다. 일 실시예에서 이 기준값은 적어도 스텝각이 큰 스텝모터(즉, 제1 스텝모터(10))의 스텝각만큼 회전하기 위해 최소 스텝각으로 회전해야 할 횟수에 따라 결정될 수 있다. 일 실시예에서 기준값은, 스텝각이 큰 스텝모터의 스텝각만큼 회전하기 위해 최소 스텝각으로 회전해야 할 횟수의 1/2이 될 수 있다. 즉 이를 수식으로 표현하면 다음과 같다. Thereafter, in step S120, the
기준값 = <A/2S>Reference value = <A/2S>
여기서 "< >" 기호는 올림 함수로서 괄호 "< >" 내의 값의 올림값이고, A는 스텝각이 큰 스텝모터(제1 스텝모터)의 스텝각이고, S는 최소 스텝각이다. Here, the symbol ">" is the rounding value of the value in parenthesis ">" as a rounding function, A is the step angle of the step motor having the large step angle (first step motor), and S is the minimum step angle.
대안적 실시예에서 기준값은 [A/2S] 가 될 수 있고, 여기서 "[ ]"는 내림 함수이다. In an alternative embodiment, the reference value may be [A / 2S], where "[]" is the decreasing function.
다음으로 단계(S130)에서, 최소 스텝각으로 회전할 횟수(x2)와 기준값의 비교 결과에 따라 제어부(33)가 제1 스텝모터(10)와 제2 스텝모터(20)의 각각에 인가할 펄스값을 산출한다. Next, in step S130, the
일 실시예에서, 만일 최소 스텝각으로 회전할 횟수(x2)가 기준값(예컨대, <A/2S>) 이하인 경우, 목표 회전각(X)은 다음과 같이 표현된다. In one embodiment, if the number of rotations (x2) to be rotated at the minimum step angle is equal to or less than a reference value (e.g., < A / 2S>), the target rotation angle X is expressed as follows.
X = x1*A + x2*SX = x1 * A + x2 * S
= x1*A + x2*(A-B) = x1 * A + x2 * (A-B)
= (x1+x2)*A - x2*B = (x1 + x2) * A - x2 * B
즉, 이 경우 제1 스텝모터(10)가 "(x1+x2)"번 목표 방향으로 회전하고 제2 스텝모터(20)가 목표의 반대 방향으로 "x2"번 회전하면 목표 회전각(X)만큼 회전할 수 있으므로, 제어부(33)는 펄스 생성부(31)에 제어신호를 보내어 제1 스텝모터(10)에 대해 목표 방향으로 회전하기 위해 "(x1+x2)"회의 펄스를 생성하고 제2 스텝모터(20)에 대해 목표 반대 방향으로 회전하기 위해 "x2"회의 펄스를 생성하도록 한다. That is, in this case, when the
만일 최소 스텝각으로 회전할 횟수(x2)가 기준값(예컨대, <A/2S>) 보다 큰 경우, 목표 회전각(X)은 다음과 같이 표현된다. If the number of rotations (x2) to be rotated by the minimum step angle is larger than the reference value (e.g., < A / 2S >), the target rotation angle X is expressed as follows.
X = (x1+1)*A - (A/S-x2)*SX = (x1 + 1) * A- (A / S-x2) * S
= (x1+1)*A - {A/(A-B)-x2}*(A-B) = (x1 + 1) * A- {A / (A-B) -x2} * (A-
= {x1+x2-B/(A-B)}*A + {A/(A-B)-x2}*B = {x1 + x2-B / (A-B)} * A + {A /
즉, 이 경우 제1 스텝모터(10)가 "{x1+x2-B/(A-B)}"번 목표 방향으로 회전하고 제2 스텝모터(20)도 목표 방향으로 "{A/(A-B)-x2}"번 회전하면 목표 회전각(X)만큼 회전할 수 있으며, 이에 따라 제어부(33)는 펄스 생성부(31)에 제어신호를 보내어 제1 스텝모터(10)에 대해 목표 방향으로 회전하기 위해 "{x1+x2-B/(A-B)}"회의 펄스를 생성하고 제2 스텝모터(20)에 대해 목표 방향으로 회전하기 위해 "{A/(A-B)-x2}"회의 펄스를 생성하도록 한다. That is, in this case, the
그 후 단계(S140)에서, 펄스 생성부(31)가 위 단계(S130)에서 생성한 펄스값들을 제1 및 제2 스텝모터(10,20)에 각각의 고정자(11,21)에 인가한다. 이 때 예컨대 고정자(11)에 펄스값을 인가한 뒤 고정자(21)에 펄스값을 인가할 수도 있으나, 바람직하게는 제1 스텝모터의 고정자(11)와 제2 스텝모터의 고정자(21)에 각각 동시에 펄스값을 인가하여 전체 스텝모터 어셈블리(100)의 동작 시간을 줄이는 것이 바람직하다. Thereafter, in step S140, the
이와 같이 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상술한 명세서의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.Various modifications and variations of the present invention are possible in light of the above teachings. Therefore, the scope of the present invention should not be limited by the described embodiments, but should be determined by the scope of the appended claims, as well as the appended claims.
10, 20: 스텝모터
11, 21: 고정자
12, 22: 회전자
13, 23: 샤프트
17, 18, 27, 28: 하우징
30: 구동부
31: 펄스 생성부
33: 제어부
100: 스텝모터 어셈블리10, 20: Step motor
11, 21: stator
12, 22: rotor
13, 23: Shaft
17, 18, 27, 28: housing
30:
31:
33:
100: Step motor assembly
Claims (12)
상기 제1 스텝모터는,
제1 고정자; 및
상기 제1 고정자에 대해 상대적으로 회전하는 제1 회전자;를 포함하고,
상기 제2 스텝모터는,
상기 제1 회전자에 결합된 제2 고정자; 및
상기 제2 고정자에 대해 상대적으로 회전하는 제2 회전자;를 포함하고,
상기 스텝모터 어셈블리가 갖는 최소 스텝각이 상기 제1 스텝모터의 스텝각 및 제2 스텝모터의 스텝각의 차이인 것을 특징으로 하는 스텝모터 어셈블리. A step motor assembly having a first step motor and a second step motor,
The first stepping motor includes:
A first stator; And
And a first rotor rotating relative to the first stator,
The second stepping motor includes:
A second stator coupled to the first rotor; And
And a second rotor rotating relative to the second stator,
Wherein a minimum step angle of the step motor assembly is a difference between a step angle of the first step motor and a step angle of the second step motor.
상기 스텝모터 어셈블리의 해상도가 상기 제1 스텝모터의 해상도와 상기 제2 스텝모터의 해상도의 곱에 비례하는 것을 특징으로 하는 스텝모터 어셈블리. The method according to claim 1,
Wherein the resolution of the step motor assembly is proportional to the product of the resolution of the first step motor and the resolution of the second step motor.
상기 스텝모터 어셈블리의 해상도가 상기 제1 스텝모터의 해상도와 상기 제2 스텝모터의 해상도의 차이에 반비례하는 것을 특징으로 하는 스텝모터 어셈블리. 3. The method of claim 2,
Wherein the resolution of the step motor assembly is inversely proportional to the difference between the resolution of the first step motor and the resolution of the second step motor.
상기 스텝모터 어셈블리가 상기 제1 스텝모터 및 제2 스텝모터 각각을 구동하는 구동부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스텝모터 어셈블리. The method according to claim 1,
Wherein the step motor assembly further includes a driving unit for driving the first step motor and the second step motor, respectively.
상기 제1 고정자 및 제2 고정자가 전자석이고 상기 제1 회전자 및 제2 회전자가 영구자석인 것을 특징으로 하는 스텝모터 어셈블리. The method according to claim 1,
Wherein the first stator and the second stator are electromagnets and the first rotor and the second rotor are permanent magnets.
상기 구동부가, 스텝모터 어셈블리의 목표 회전각을 제1 스텝모터의 스텝각 및 스텝모터 어셈블리의 최소 스텝각의 조합으로 분해하는 단계;
상기 구동부가, 상기 스텝모터 어셈블리의 최소 스텝각으로 회전하는 횟수를 기설정된 기준값과 비교하는 단계; 및
상기 구동부가, 상기 비교 결과에 따라 상기 제1 스텝모터와 제2 스텝모터의 각각에 인가할 펄스값을 산출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법. A first stator having a first stator and a first rotor rotating relative to the first stator, a second stator coupled to the first rotor, and a second stator coupled to the second stator, A method for controlling a step motor assembly including a second step motor having a rotor and a drive unit for controlling the driving of the first step motor and the second step motor,
Disassembling the target rotational angle of the step motor assembly into a combination of a step angle of the first step motor and a minimum step angle of the step motor assembly;
Comparing the number of rotations of the driving unit with a minimum step angle of the step motor assembly to a preset reference value; And
And the driving unit calculating a pulse value to be applied to each of the first step motor and the second step motor according to the comparison result.
상기 스텝모터 어셈블리의 최소 스텝각이 상기 제1 스텝모터의 스텝각 및 제2 스텝모터의 스텝각의 차이인 것을 특징으로 하는 방법. The method according to claim 6,
Wherein a minimum step angle of the step motor assembly is a difference between a step angle of the first step motor and a step angle of the second step motor.
상기 기준값은 A/2S 이고, 여기서 A는 제1 스텝모터의 스텝각이고 S는 스텝모터 어셈블리의 최소 스텝각인 것을 특징으로 하는 방법.The method according to claim 6,
Wherein the reference value is A / 2S, where A is the step angle of the first stepper motor and S is the minimum step angle of the step motor assembly.
상기 제1 및 제2 스텝모터의 각각에 인가할 펄스값을 산출하는 단계 이후에, 상기 구동부가, 산출된 펄스값에 따라 상기 제1 및 제2 스텝모터의 각각에 펄스값을 인가하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법. The method according to claim 6,
After the step of calculating a pulse value to be applied to each of the first and second step motors, the driving unit applies a pulse value to each of the first and second step motors according to the calculated pulse value; ≪ / RTI >
상기 목표 회전각을 분해하는 단계에서, 목표 회전각(X)을 다음 수식으로 표현되고,
X = x1*A + x2*S
여기서 A는 제1 스텝모터의 스텝각, x1은 제1 스텝모터로 회전하는 횟수, S는 스텝모터 어셈블리의 최소 스텝각, 그리고 x2는 스텝모터 어셈블리의 최소 스텝각으로 회전하는 횟수인 것을 특징으로 하는 방법. 10. The method of claim 9,
In the step of decomposing the target rotational angle, the target rotational angle X is expressed by the following equation,
X = x1 * A + x2 * S
Wherein A is a step angle of the first stepping motor, x1 is a number of times of rotation by the first stepping motor, S is a minimum step angle of the stepping motor assembly, and x2 is a number of times of rotation by a minimum step angle of the stepping motor assembly How to.
상기 제1 및 제2 스텝모터의 각각에 펄스를 인가하는 단계는,
상기 횟수(x2)가 상기 기준값보다 작으면, 상기 제1 스텝모터에 (x1+x2)의 펄스값을 인가하고, 상기 제2 스텝모터에는 상기 제1 스텝모터의 회전 방향과 반대 방향으로 회전하도록 x2의 펄스값을 인가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법. 11. The method of claim 10,
Wherein the step of applying a pulse to each of the first and second step motors comprises:
(X1 + x2) is applied to the first stepper motor and the second stepper motor is rotated in the direction opposite to the rotating direction of the first stepper motor when the number of times (x2) is smaller than the reference value lt; RTI ID = 0.0 > x2. < / RTI >
상기 제1 및 제2 스텝모터의 각각에 펄스를 인가하는 단계는,
상기 펄스값(x2)이 상기 기준값보다 크면, 상기 제1 스텝모터에 {x1+x2-B/(A-B)}의 펄스값을 인가하고, 상기 제2 스텝모터에 {A/(A-B)-x2}의 펄스값을 인가하는 단계를 포함하고, 이 때 B는 제2 스텝모터의 스텝각인 것을 특징으로 하는 방법. 11. The method of claim 10,
Wherein the step of applying a pulse to each of the first and second step motors comprises:
(AB) -x2 (AB) is applied to the second stepper motor when the pulse value (x2) is larger than the reference value by applying a pulse value of {x1 + x2- }, Wherein B is the step angle of the second stepping motor.
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