KR20190000004A - Moving magnet encoderless linear motor and control method using the same - Google Patents

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KR20190000004A
KR20190000004A KR1020170078410A KR20170078410A KR20190000004A KR 20190000004 A KR20190000004 A KR 20190000004A KR 1020170078410 A KR1020170078410 A KR 1020170078410A KR 20170078410 A KR20170078410 A KR 20170078410A KR 20190000004 A KR20190000004 A KR 20190000004A
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Abstract

The present invention relates to a permanent magnet moving type encoderless linear motor and a control method using the same. The permanent magnet moving type encoderless linear motor has no limits for a moving range by configuring a mover with a magnet plate and reduces costs without using an encoder and a resolver. According to an embodiment of the present invention, the permanent magnet moving type encoderless linear motor comprises: a stator; a mover; and a sensor board including a plurality of linear hall sensors.

Description

영구자석 이동형 엔코더리스 리니어 모터 및 그 제어방법{MOVING MAGNET ENCODERLESS LINEAR MOTOR AND CONTROL METHOD USING THE SAME}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a permanent magnet moving type encoderless linear motor,

본 발명은 영구자석 이동형 엔코더리스 리니어 모터 및 이를 이용한 제어방법으로, 구체적으로 이동자를 자석 플레이트로 구성하여 이동범위에 제한이 없고, 구형파를 발생시키는 리니어홀센서를 이용하여 이송거리의 측정을 하여 비용을 절감할 수 있는 영구자석 이동형 엔코더리스 리니어 모터 및 이를 이용한 제어방법에 관한 것이다.The present invention relates to a permanent magnet moving type encoderless linear motor and a control method using the same. Specifically, the moving distance is measured by using a linear hall sensor constituted by a magnet plate, To a permanent magnet moving type encoderless linear motor and a control method using the same.

리니어 모터(linear motor)는 직선 구동력을 발생시킬 수 있고, 비접촉식 운동방식으로 직선구동을 하기 때문에 고속 및 정속 운전이 가능하다. 또한, 정밀한 운전이 가능하다는 장점으로 인해 각종 산업현장에서 이송 시스템에 사용된다. The linear motor can generate linear driving force, and it can be operated at high speed and constant speed because it performs linear driving by non-contact type motion method. Also, it is used in transportation systems in various industrial fields because of its advantage of being able to operate precisely.

일반적인 리니어 모터는 극성이 교번되게 영구자석이 배치된 고정자, 이동자코어에 이동자코일이 권선된 이동자를 포함하며, 이동자코일에 전류가 인가됨에 따라 이동자코일에서 발생하는 자기력과 영구자석의 자기력 사이의 상호 작용에 의하여 직선의 추력이 발생하게 된다.A general linear motor includes a stator in which a permanent magnet is disposed alternately in polarity and a mover in which a mover coil is wound on a mover core. The mutual relationship between the magnetic force generated in the mover coil and the magnetic force of the permanent magnet as current is applied to the mover coil A linear thrust is generated by the action.

한편, 리니어 모터에서는 이동자의 속도와 위치 정보는 고정자에 자기력이 발생하는 시점을 결정하고 자속 및 토크 제어를 위한 시스템의 필수 정보이기 때문에, 이동자의 속도와 위치 정보에 대한 검출이 정확하게 이루어져야 한다. 리니어 모터의 구동 시, 이동자의 위치 정보가 정확히 검출되지 않으면 요구되는 정확한 위치로의 이동이 어렵고, 추력 및 속도의 안정성이 저하되는 문제점이 있다. 따라서, 리니어 모터에서는 이동자의 절대위치(임의의 좌표 기준점에 대한 위치)와 이동 위치에 대한 검출이 정확하게 이루어져야 한다.On the other hand, in the linear motor, the velocity and position information of the mover must determine the moment when the magnetic force is generated in the stator and are essential information of the system for magnetic flux and torque control, so that the velocity and position information of the mover must be accurately detected. When the position information of the mover is not accurately detected at the time of driving the linear motor, it is difficult to move to the required correct position and the stability of the thrust and speed is deteriorated. Therefore, in the linear motor, the absolute position of the mover (position relative to an arbitrary coordinate reference point) and the movement position must be accurately detected.

리니어 모터의 이동자의 속도 및 위치 정보의 측정을 위하여, 엔코더(encoder) 또는 리졸버(resolver)와 같은 광학식 위치 센서를 주로 사용하는데, 크기와 내구성 면에서 문제가 있어, 조립 시 곤란한 점이 있다.An optical position sensor such as an encoder or a resolver is mainly used for measuring the velocity and position information of the mover of the linear motor. However, there are problems in size and durability, and there are difficulties in assembly.

또한, 리니어 모터에서 이동자의 위치 정보를 검출하기 위하여 이동자 측에 설치되어 고정자의 영구자석의 자속을 측정하는 리니어홀센서를 이용하여 이동자의 위상을 검출하고, 고정자 측에 설치되는 리니어 스케일 및 이동자 측에 설치되어 리니어 스케일을 검출하는 센서헤드를 이용하여 이동자의 이동 위치를 검출할 수 있도록 하는 방식이 있다. Further, in order to detect the position information of the mover in the linear motor, the phase of the mover is detected by using a linear hall sensor which is provided on the mover side and measures the magnetic flux of the permanent magnet of the stator, and the linear scale and the mover And a sensor head for detecting the linear scale is used to detect the moving position of the mover.

대부분의 리니어 모터에서는 이동자 코일에서 발생하는 자기력과 영구자석의 자기력 사이의 상호 작용에 의해 발생된 직선의 추력에 의해 이동자코일이 권선된 이동자가 이동한다. 따라서, 이러한 리니어 모터를 공작기계의 축, 광학검사장비, 반도체 이송장치 등과 같이 이송을 목적으로 이용하는 경우, 적재물이나 물체를 수평이나 수직으로 이송 시에는 적용하기 곤란한 문제점이 있다.In most linear motors, the mover coil is moved by the thrust of the straight line generated by the interaction between the magnetic force generated in the mover coil and the magnetic force of the permanent magnet. Therefore, when such a linear motor is used for transportation such as a shaft of a machine tool, an optical inspection equipment, or a semiconductor transfer device, there is a problem that it is difficult to apply a load or an object when the object is transferred horizontally or vertically.

또한, 엔코더와 리니어 스케일을 이용하는 경우 가격이 비싸고 한정적인 범위에서만 사용할 수 있다. 예를 들어, 공작기계나 급유시설이 설비되어 있는 곳에서 사용되는 엔코더와 리니어 스케일은 결로나 분진 등에 의해 고장의 원인이 되므로, 이러한 곳에서는 사용할 수 없는 문제점이 있다. In addition, when using an encoder and a linear scale, the price is expensive and can be used only in a limited range. For example, there is a problem that the encoder and linear scale used in a machine tool or a refueling facility are not able to be used in such a place because they cause trouble due to condensation or dust.

한국등록특허 제10-0720942호 (2007.05.16.)Korean Patent No. 10-0720942 (May 16, 2007)

본 발명의 목적은 자석 플레이트를 이동자로 구성함으로써 이동범위에 제한이 없는 영구자석 이동형 엔코더리스 리니어 모터 및 이를 이용한 제어방법을 제공하는 데 있다. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a permanent magnet moving type encoderless linear motor and a control method using the permanent magnet moving type, in which the magnet plate is constituted by a mover.

본 발명의 다른 목적은 엔코더와 리니어스케일을 사용하지 않고 비용을 절감할 수 있는 영구자석 이동형 엔코더리스 리니어 모터 및 이를 이용한 제어방법을 제공하는 데 있다. Another object of the present invention is to provide a permanent magnet moving type encoderless linear motor which can reduce costs without using an encoder and a linear scale, and a control method using the same.

본 발명의 또 다른 목적은 2개의 리니어홀센서를 사용하는 벡터 제어방식을 채용하여 이동자의 속도와 위치를 추정함으로써, 정격 속도 범위 내에서 안정적이고 효율적으로 정밀하게 제어할 수 있는 영구자석 이동형 엔코더리스 리니어 모터 및 이를 이용한 제어방법을 제공하는 데 있다.It is still another object of the present invention to provide a permanent magnet moving type encoderless system which can stably and efficiently control precisely within a rated speed range by estimating the velocity and position of a mover by employing a vector control method using two linear Hall sensors A linear motor and a control method using the same.

본 발명의 일 실시예에 따른 영구자석 이동형 엔코더리스 리니어 모터는,In the permanent magnet moving type encoderless linear motor according to the embodiment of the present invention,

복수 개의 주치가 형성된 고정자 코어 및 상기 주치에 권선되어 전류를 공급하는 고정자코일을 포함하는 고정자, 자석 플레이트 및 자석 플레이트의 하면에 극성이 교번되게 배치되는 복수 개의 영구 자석을 포함하며, 상기 고정자와의 상호 작용에 의하여 직선 구동하는 이동자 및 상기 영구자석의 이동 위치 및 속도를 측정할 수 있는 이동자의 이동방향의 길이방향으로 위치되는 복수 개의 리니어홀센서를 포함하는 센서보드를 포함할 수 있다. A stator including a stator core having a plurality of main teeth formed therein and a stator coil wound around the main teeth and supplying a current, a magnet plate, and a plurality of permanent magnets alternately arranged on the lower surface of the magnet plate, And a plurality of linear hall sensors positioned in the longitudinal direction of the moving direction of the mover capable of measuring the moving position and the velocity of the permanent magnet and the sensor board.

또한, 상기 복수 개의 리니어홀센서는 상기 영구자석의 자속의 위상을 읽는 제 1 리니어홀센서 및 상기 제 1 리니어홀센서와 인접하게 위치되어 자석플레이트의 움직임을 감지하는 제 2 리니어홀센서를 포함할 수 있다. The plurality of linear hall sensors may include a first linear hall sensor for reading the phase of the magnetic flux of the permanent magnet and a second linear hall sensor positioned adjacent to the first linear hall sensor for sensing the movement of the magnet plate .

또한, 상기 복수 개의 리니어홀센서를 통하여 상기 각 영구자석의 극성에 따른 자속을 선형적으로 감지하여 상기 각 영구자석의 극성 변화에 대한 정현파 아날로그 신호를 생성하고, 상기 정현파 아날로그 신호를 펄스 신호로 변환하는 신호처리부 및 상기 펄스 신호를 이용하여 상기 이동자의 이동거리를 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다. The linear hall sensor senses the magnetic flux according to the polarity of each permanent magnet through the plurality of linear hall sensors to generate a sinusoidal analog signal with respect to a change in polarity of each permanent magnet, and converts the sinusoidal analog signal into a pulse signal And a control unit for controlling the movement distance of the mover using the pulse signal.

또한, 상기 제어부는 기설정된 기준 위치에서부터 이동자를 일정 속도로 구동시켜 상기 복수 개의 리니어홀센서로 상기 영구자석 간의 길이를 차례로 스캐닝하고, 상기 복수 개의 리니어홀센서를 통해 출력되는 정현파 아날로그 신호를 체배(multyflying)하여, 상기 각 영구자석 간의 길이 대응되는 단위 폴피치(pole pitch)가 산출되며, 상기 신호처리부는 상기 단위 폴피치 정보가 저장되는 메모리부를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 이동자를 상기 단위 폴피치 단위(n개 X 단위 폴피치, n은 자연수)로 이동시킬 수 있다. In addition, the controller drives the mover from a predetermined reference position at a constant speed, sequentially scans the length between the permanent magnets with the plurality of linear hall sensors, multiplies the sinusoidal analog signal output through the plurality of linear hall sensors the unit pole pitch information corresponding to the length of each permanent magnet is calculated by multiplying the unit pole pitch information by the multiflying unit, and the signal processing unit further includes a memory unit for storing the unit pole pitch information, Can be moved to a pitch unit (n units X pole pitch, n is a natural number).

또한, 상기 제 1 리니어홀센서 및 제 2 리니어홀센서가 90도 간격으로 구형파 신호를 발생시킴에 따라 각각의 신호가 동시에 상승되거나 하강하는 시점을 검출하여, 상승, 하강 신호 사이에 계수된 펄스 수를 이용하여 구한 이동자의 이동속도는, Further, as the first linear hall sensor and the second linear hall sensor generate a square wave signal at intervals of 90 degrees, a time point at which each signal is simultaneously raised or lowered is detected, and the number of pulses counted between the rising and falling signals The moving speed of the mover,

Figure pat00001
Figure pat00001

(이 때, m은 속도 측정을 위한 리니어홀센서의 상승, 하강 신호 사이에 계수된 20[kHz]의 펄스 수, Ppair는 영구자석 간의 길이에 대응되는 단위 폴피치) (Where m is the number of pulses of 20 [kHz] counted between the rising and falling signals of the linear hall sensor for velocity measurement, and Ppair is the unit pole pitch corresponding to the length between the permanent magnets)

일 수 있다.Lt; / RTI >

또한, 상기 리니어홀센서가 발생시킨 구형파 신호를 상기 센서보드의 DSP 콘트롤러를 이용하여 보간할 수 있다. In addition, the rectangular wave signal generated by the linear hall sensor can be interpolated using the DSP controller of the sensor board.

본 발명의 일 실시예에 따른 영구자석 이동형 엔코더리스 리니어 모터의 제어방법은, 복수 개의 주치가 형성된 고정자 코어 및 상기 주치에 권선되어 전류를 공급하는 고정자코일을 포함하는 고정자, 자석 플레이트 및 자석 플레이트의 하면에 극성이 교번되게 배치되는 복수 개의 영구 자석을 포함하며, 상기 고정자와의 상호 작용에 의하여 직선 구동하는 이동자, 상기 영구자석의 이동 위치 및 속도를 측정할 수 있도록 이동자의 이동방향의 길이방향으로 위치되어 상기 영구자석의 자속의 위상을 읽는 제 1 리니어홀센서 및 상기 제 1 리니어홀센서와 인접하게 위치되어 자석플레이트의 움직임을 감지하는 제 2 리니어홀센서를 포함하는 복수 개의 리니어홀센서, 상기 복수 개의 리니어홀센서를 통하여 상기 각 영구자석의 극성에 따른 자속을 선형적으로 감지하여 상기 각 영구자석의 극성 변화에 대한 정현파 아날로그 신호를 생성하고, 상기 정현파 아날로그 신호를 펄스 신호로 변환하는 신호처리부 및 상기 펄스 신호를 이용하여 상기 이동자의 이동거리를 제어하는 제어부를 포함하는 영구자석 이동형 엔코더리스 리니어 모터의 제어방법에 있어서, 초기 전원 인가시 상기 영구자석 이동형 엔코더리스 리니어 모터를 초기화 하는 단계,A method of controlling a permanent magnet moving type encoderless linear motor according to an embodiment of the present invention includes a stator including a stator core having a plurality of main teeth formed therein and a stator coil wound around the main teeth and supplying a current, And a plurality of permanent magnets arranged alternately in the lower surface of the rotor, wherein the permanent magnets are linearly driven by interaction with the stator, A plurality of linear hall sensors positioned adjacent to the first linear hall sensor and sensing a movement of the magnet plate, the first linear hall sensor positioned to read the phase of the magnetic flux of the permanent magnet, and the second linear hall sensor positioned adjacent to the first linear hall sensor, A magnetic flux according to the polarity of each of the permanent magnets is linearly A signal processor for generating a sinusoidal analog signal with respect to a change in polarity of each of the permanent magnets and converting the sinusoidal analog signal into a pulse signal and a control unit for controlling the movement distance of the mover using the pulse signal, A method of controlling a permanent magnet moving type encoderless linear motor, comprising the steps of: initializing the permanent magnet moving type encoderless linear motor when initial power is applied;

상기 신호처리부가 상기 복수 개의 리니어홀센서를 통하여 상기 각 영구자석의 극성에 따른 자속을 선형적으로 감지하여 상기 각 영구자석의 극성 변화에 대한 정현파 아날로그 신호를 생성하는 단계, 상기 신호처리부가 상기 정현파 아날로그 신호를 펄스 신호로 변환하는 단계, 상기 제어부가 상기 펄스 신호를 이용하여 상기 이동자가 단위 폴피치 단위(n개 × 단위 폴피치, n은 자연수)의 이동거리로 이동하도록 제어하는 단계를 포함할 수 있다. Wherein the signal processing unit linearly senses a magnetic flux corresponding to a polarity of each of the permanent magnets through the plurality of linear Hall sensors to generate a sinusoidal analog signal with respect to polarity changes of the respective permanent magnets, Converting the analog signal into a pulse signal, and controlling the control unit to move the mover to a moving distance of a unit pole pitch unit (n units × unit pole pitch, n is a natural number) using the pulse signal .

또한, 상기 제어부가 상기 이동자가 단위 폴피치 단위(n개 X 단위 폴피치, n은 자연수)의 이동거리로 이동하도록 제어하는 단계는 상기 제 1 리니어홀센서 및 제 2 리니어홀센서 신호가 동기화되는 단계를 더 포함할 수 있다. In addition, the step of controlling the controller to move the mover to a movement distance of a unit pole pitch unit (n X unit pole pitch, n is a natural number) may be performed by synchronizing the first linear hall sensor and the second linear hall sensor signal Step < / RTI >

본 발명에 따른 영구자석 이동형 엔코더리스 리니어 모터는 자석 플레이트를 이동자로 구성함으로써 전류공급선이 필요 없어, 이동범위가 확장되는 이점이 있다. The permanent magnet moving type encoderless linear motor according to the present invention has an advantage that the moving range is expanded because a current supply line is not required by constituting the magnet plate as a mover.

또한, 본 발명에 따른 영구자석 이동형 엔코더리스 리니어 모터는 엔코더나 리니어스케일을 사용하지 않고, 리니어홀센서를 이용함으로써 비용면에서 절감되는 효과를 기대할 수 있다.In addition, the permanent magnet moving type encoderless linear motor according to the present invention can be expected to have a cost-saving effect by using a linear hall sensor without using an encoder or a linear scale.

또한, 본 발명에 따른 영구자석 이동형 엔코더리스 리니어 모터는 종래의 엔코더나 리니어스케일을 사용하지 않아 결로나 분진으로 혼탁한 산업환경에서 이용할 수 있는 이점이 있다. Further, the permanent magnet moving type encoderless linear motor according to the present invention has an advantage that it can be used in an industrial environment where turbidity is caused by condensation or dust without using a conventional encoder or linear scale.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 영구자석 이동형 엔코더리스 리니어 모터의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 영구자석 이동형 엔코더리스 리니어 모터의 구조를 나타낸 도면이다.
도 3은 제 1 리니어홀센서 및 제 2 리니어홀센서에서 발생하는 신호 및 상승, 하강 검출 신호를 나타낸 도면이다.
도 4는 리니어홀센서에서 발생하는 상승, 하강 검출 신호와 카운터신호를 이용한 속도 측정을 나타낸 도면이다.
도 5는 리니어홀센서 신호의 상승, 하강 시점 검출 회로를 나타낸 도면이다.
도 6은 카운터신호와 모터 U상을 이용한 거리 검출을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 영구자석 이동형 엔코더리스 리니어 모터의 영구자석 배열에서 보간된 신호를 나타내는 도면이다.
도 8은 영구자석 배열에서 보간된 신호에 따라 이동자의 극 쌍의 위치를 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 영구자석 이동형 엔코더리스 리니어 모터의 자석 이동자의 전체 제어 블록도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동자의 속도계산 및 위치 추정을 위한 센서 시스템의 블록도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동자의 자석 플레이트의 위치 보정을 나타낸 블록도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 영구자석 이동형 엔코더리스 리니어 모터의 속도와 정격 추력을 나타내는 그래프이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 영구자석 이동형 엔코더리스 리니어 모터의 시뮬레이션이다.
도 14은 리니어홀센서의 검출 파형을 나타낸 그래프이다.
도 15는 이동자의 이동에 따른 영구자석 위치 변화를 나타낸 도면이다.
도 16은 이동자의 이동에 따른 리니어홀센서의 신호를 나타낸 그래프이다.
도 17 내지 도 19는 본 발명의 다른 실시예에 따른 다수의 자석 플레이트를 사용한 영구자석 이동형 엔코더리스 리니어 모터를 나타낸 도면이다.
도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 영구자석 이동형 엔코더리스 리니어 모터의 제어방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 21은 도 20의 본 발명의 일 실시예에 따른 영구자석 이동형 엔코더리스 리니어 모터의 초기화 단계에 따른 상세 흐름도이다.
1 is a block diagram showing the configuration of a permanent magnet moving type encoderless linear motor according to an embodiment of the present invention.
2 is a view illustrating a structure of a permanent magnet moving type encoderless linear motor according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram showing signals and rising and falling detection signals generated by the first linear hall sensor and the second linear hall sensor.
Fig. 4 is a view showing the velocity measurement using the rising and falling detection signals and the counter signals generated in the linear hall sensor.
Fig. 5 is a diagram showing a rise and fall time detection circuit of the linear Hall sensor signal. Fig.
6 is a diagram for explaining the distance detection using the counter signal and the motor U phase.
7 is a view illustrating signals interpolated in the permanent magnet array of the permanent magnet moving type encoderless linear motor according to the embodiment of the present invention.
8 is a view showing positions of pole pairs of the mover according to signals interpolated in the permanent magnet array.
9 is an overall control block diagram of a magnet mover of a permanent magnet moving type encoderless linear motor according to an embodiment of the present invention.
10 is a block diagram of a sensor system for velocity calculation and position estimation of a mover in accordance with an embodiment of the present invention.
11 is a block diagram illustrating positional correction of a magnet plate of a mover according to an embodiment of the present invention.
12 is a graph showing speed and rated thrust of a permanent magnet moving type encoderless linear motor according to an embodiment of the present invention.
13 is a simulation of a permanent magnet moving type encoderless linear motor according to an embodiment of the present invention.
14 is a graph showing the detection waveform of the linear hall sensor.
Fig. 15 is a diagram showing a change in the position of the permanent magnet due to the movement of the mover.
16 is a graph showing signals of the linear Hall sensor as the mover moves.
17 to 19 are views showing a permanent magnet moving type encoderless linear motor using a plurality of magnet plates according to another embodiment of the present invention.
20 is a flowchart illustrating a method of controlling the permanent magnet moving type encoderless linear motor according to an embodiment of the present invention.
FIG. 21 is a detailed flowchart of the initialization step of the permanent magnet moving type encoderless linear motor according to the embodiment of the present invention shown in FIG. 20. FIG.

첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Reference will now be made in detail to the preferred embodiments of the present invention, examples of which are illustrated in the accompanying drawings, wherein like reference numerals refer to the like elements throughout.

또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 발명의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 발명의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail since they would obscure the invention in unnecessary detail. It is to be noted that the accompanying drawings are only for the purpose of facilitating understanding of the present invention, and should not be construed as limiting the scope of the present invention with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 영구자석 이동형 엔코더리스 리니어 모터의 구성을 나타낸 블록도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 영구자석 이동형 엔코더리스 리니어 모터의 구조를 나타낸 도면이다.1 is a block diagram showing the configuration of a permanent magnet moving type encoderless linear motor according to an embodiment of the present invention. 2 is a view illustrating a structure of a permanent magnet moving type encoderless linear motor according to an embodiment of the present invention.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 영구자석 이동형 엔코더리스 리니어 모터는 고정자(10), 이동자(20) 및 센서보드(30)를 포함하고, 신호처리부(40) 및 제어부(50)를 더 포함할 수 있다. 1 and 2, a permanent magnet moving type encoderless linear motor according to an embodiment of the present invention includes a stator 10, a mover 20, and a sensor board 30, and includes a signal processing unit 40, And may further include a control unit 50.

본 발명의 일 실시예에 따른 영구자석 이동형 엔코더리스 리니어 모터(100)는 복수 개의 주치(미도시)가 형성된 고정자코어(12) 및 상기 주치에 권선되어 전류를 공급하는 고정자코일(14)을 포함하는 고정자(10), 자석 플레이트(22) 및 자석 플레이트(22)의 하면에 극성이 교번되게 배치되는 복수 개의 영구 자석(22)을 포함하며, 상기 고정자(10)와의 상호 작용에 의하여 직선 구동하는 이동자(20) 및 상기 영구자석(22)의 이동 위치 및 속도를 측정할 수 있는 이동자(20)의 이동방향의 길이방향으로 위치되는 복수 개의 리니어홀센서(32)를 포함하는 센서보드(30)를 포함할 수 있다. The permanent magnet moving type encoderless linear motor 100 according to an embodiment of the present invention includes a stator core 12 formed with a plurality of main teeth (not shown) and a stator coil 14 wound around the main teeth and supplying current And a plurality of permanent magnets 22 whose polarities are alternately arranged on the lower surfaces of the stator 10, the magnet plate 22 and the magnet plate 22 and which are linearly driven by interaction with the stator 10 A sensor board (30) comprising a plurality of linear hall sensors (32) positioned in the longitudinal direction of the mover (20) and the moving direction of the mover (20) capable of measuring the moving position and velocity of the permanent magnet (22) . ≪ / RTI >

고정자(10)는 복수개의 주치가 형성된 고정자코어(12), 및 상기 주치에 권선되어 전류(예를 들어, 3상(U, V, W)의 전류)를 공급하는 고정자코일(14)를 포함할 수 있다. 고정자코일(14)에 전류가 인가됨에 따라 고정자코일(14)에서 발생하는 자기력과 영구자석(24)의 자기력 사이의 상호 작용에 의해 직선의 추력이 발생하게 된다.The stator 10 includes a stator core 12 having a plurality of main teeth formed therein and a stator coil 14 wound around the main teeth and supplying current (for example, currents of three phases (U, V, W) can do. A linear thrust is generated due to the interaction between the magnetic force generated in the stator coil 14 and the magnetic force of the permanent magnet 24 as a current is applied to the stator coil 14. [

고정자(10)의 주치에 의한 디텐트력(detent force)을 감소시키기 위해 주치의 모서리부는 챔퍼링(champering)될 수 있다. 경우에 따라서는 주치에 의한 디텐트력을 감소시키기 위해 주치 대신 영구자석(24)의 모서리부를 챔퍼링하거나, 주치의 모서리부에 확장된 팁을 형성하는 구조 등이 채용될 수 있다. 주치와 영구자석(24)의 구조 및 이들의 배치구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.The corner portion of the main body may be chamfered to reduce the detent force due to the main teeth of the stator 10. [ In some cases, a structure may be employed in which the edge of the permanent magnet 24 is chamfered instead of the main tooth to reduce the detent force due to the main tooth, or the tip is formed at the corner of the main tooth. The present invention is not limited or limited by the structure of the main tooth and the permanent magnet 24 and their arrangement structure.

이동자(20)는 자석 플레이트(22) 및 자석 플레이트(22)의 하면에 극성이 교번되게 배치되는 영구자석(24)을 포함할 수 있다.The mover 20 may include a permanent magnet 24 whose polarity is alternately arranged on the lower surface of the magnet plate 22 and the magnet plate 22. [

센서보드(30)는 고정자(10) 상에 이동자(20)의 이동방향과 직교하는 방향의 양측으로 위치되며, 복수 개의 리니어홀센서(32)를 포함할 수 있다. The sensor board 30 is disposed on the stator 10 on both sides in a direction perpendicular to the moving direction of the mover 20 and may include a plurality of linear hall sensors 32. [

복수 개의 리니어홀센서(32)는 영구자석(24)의 이동 위치 및 속도를 측정할 수 있도록 이동자(20)의 이동방향의 길이방향으로 위치된다. 한편, 복수 개의 리니어홀센서(32)는 90도의 위상차를 갖도록 2개 한 쌍이 고정자(10) 상에 직접 장착될 수 있다. 이 때, 복수 개의 리니어홀센서(32)의 배치 및 장착구조는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양하게 변경될 수 있다. The plurality of linear hall sensors 32 are positioned in the longitudinal direction of the moving direction of the mover 20 so that the moving position and velocity of the permanent magnet 24 can be measured. On the other hand, a plurality of linear hall sensors 32 can be directly mounted on the stator 10 by two pairs so as to have a phase difference of 90 degrees. At this time, the arrangement and mounting structure of the plurality of linear hall sensors 32 can be variously changed according to required conditions and design specifications.

또한, 복수 개의 리니어홀센서(32)는 영구자석(24)의 자속의 위상(phase)을 읽을 수 있는 제 1 리니어홀센서(A)와 제 1 리니어홀센서(A)와 인접하게 위치되어 자석플레이트(22)의 움직임을 감지하는 제 2 리니어홀센서(B)를 포함한다. 리니어홀센서(32)가 구형파를 발생시킴에 따라 이동자(20)의 영구자석(24)을 센싱한다. The plurality of linear hall sensors 32 are disposed adjacent to the first linear hall sensor A and the first linear hall sensor A capable of reading the phase of the magnetic flux of the permanent magnet 24, And a second linear hall sensor (B) for sensing the movement of the plate (22). As the linear Hall sensor 32 generates a square wave, the permanent magnet 24 of the mover 20 is sensed.

이와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 영구자석 이동형 엔코더리스 리니어 모터는 리니어홀센서(32)에 의해 영구자석(24)의 자속의 위상을 읽어 엔코더 역할을 대신할 수 있다. 또한, DSP(digital signal processor) 컨트롤러를 이용하여 리니어홀센서(32)로 들어온 신호를 보간 (interpolation)하여 엔코더 역할을 수행할 수 있다.As described above, the permanent magnet moving type encoderless linear motor according to the embodiment of the present invention can replace the role of the encoder by reading the phase of the magnetic flux of the permanent magnet 24 by the linear Hall sensor 32. [ In addition, a digital signal processor (DSP) controller can be used to interpolate a signal input to the linear hall sensor 32 to perform an encoder function.

리니어홀센서(32)는 영구자석(24)의 극성 변화를 단순히 온(on)/오프(off) 신호로 출력하는 기존의 홀센서와는 달리 각 영구자석(24)의 극성에 따른 자속을 선형적으로 감지하여 각 영구자석(24)의 극성 변화에 대한 정현파(sine curve) 아날로그 신호를 생성한다.The linear Hall sensor 32 is a linear Hall sensor that outputs a magnetic flux according to the polarity of each permanent magnet 24 in a linear manner, unlike a conventional Hall sensor that simply outputs a change in polarity of the permanent magnet 24 as an on / off signal. And generates a sine curve analog signal with respect to a change in polarity of each permanent magnet 24.

신호처리부(40)는 리니어홀센서(32)에서 센싱된 신호를 특정 신호로 처리한다. 즉, 신호처리부(40)는 리니어홀센서(32)를 통해 각 영구자석(24)의 극성에 따른 자속을 선형적으로 감지하여 각 영구자석(24)의 극성 변화에 대한 정현파(sine curve) 아날로그 신호를 생성하고, 정현파 아날로그 신호를 펄스 신호로 변환한다. 또한, 신호처리부(40)는 후술할 단위 폴피치(pole pitch) 정보가 저장되는 메모리부(42)를 포함할 수 있다.The signal processing unit 40 processes the signal sensed by the linear hall sensor 32 into a specific signal. That is, the signal processing unit 40 linearly senses the magnetic flux according to the polarity of each permanent magnet 24 through the linear hall sensor 32 and outputs a sinusoidal analog signal to the polarity change of each permanent magnet 24, Signal, and converts the sinusoidal analog signal into a pulse signal. In addition, the signal processing unit 40 may include a memory unit 42 for storing unit pitch information, which will be described later.

제어부(50)는 신호처리부(40)에서 처리된 펄스 신호를 이용하여 통상의 서브드라이버를 통해 이동자(20)의 구동(이동 거리)을 제어할 수 있다.The control unit 50 can control the driving (moving distance) of the mover 20 through a normal sub-driver by using the pulse signal processed in the signal processing unit 40. [

이동자(20)를 미리 설정된 기준위치에 배치시킨 후, 이동자(20)를 일정한 속도로 구동시켜 모든 영구자석(24)간의 길이를 차례로 스캐닝한다.After the mover 20 is placed at a predetermined reference position, the mover 20 is driven at a constant speed to sequentially scan the lengths of all the permanent magnets 24.

영구자석(24)이 스캐닝되는 동안 리니어홀센서(32)에서 검출되는 신호를 이용하여 각 영구자석(24) 간의 길이(L1, L2, L3 ... Ln)를 검출할 수 있으며, 리니어홀센서(32)를 통해 영구자석(24)의 극성 변화에 대한 정현파 아날로그 신호가 출력될 수 있다.The lengths L1, L2, L3, ..., Ln between the permanent magnets 24 can be detected using signals detected by the linear hall sensor 32 while the permanent magnets 24 are being scanned, A sinusoidal analog signal with respect to a change in the polarity of the permanent magnet 24 can be output through the signal line 32.

이 때 출력되는 정현파 아날로그 신호를 체배(multiplying)하여 각 영구자석(24) 간의 길이에 대응되는 단위 폴피치를 산출한다. 상기 정현파 아날로그 신호를 체배하여 단위 폴피치를 산출하는 방법은 요구되는 조건 및 처리환경에 따라 다양한 방식이 적용될 수 있다.The sinusoidal analog signal output at this time is multiplied to calculate the unit pole pitch corresponding to the length between the permanent magnets 24. A method of calculating the unit pole pitch by multiplying the sinusoidal analog signal may be applied to various methods depending on required conditions and processing environments.

또한, 단위 폴피치(P1, P2, P3...)는 각 영구자석(24) 간의 길이별로 개별적으로 구분되어 산출될 수 있다. 즉, 도 10에 도시한 바와 같이, 상기 각 영구자석(24) 간의 길이 구간(L1, L2, L3 ... Ln)이 서로 다른 길이를 가질 경우, 각 구간(L1, L2, L3 ... Ln)에 해당되는 단위 폴피치(P1, P2, P3...)는 각각 서로 다른 길이(폭)(P1≠P2≠P3...)을 갖도록 산출될 수 있다.In addition, the unit pole pitches P1, P2, P3, ... can be separately calculated for each of the lengths of the permanent magnets 24. 10, when the length sections L1, L2, L3, ..., Ln of the respective permanent magnets 24 have different lengths, the respective sections L1, L2, L3 ... Ln have different lengths. The unit pole pitches P1, P2, P3,... Corresponding to the pitches Ln may be calculated to have different lengths (widths) (P1? P2? P3 ...).

전술한 실시예에서는 단위 폴피치가 각 영구자석(24) 간의 길이별로 개별적으로 구분되어 산출된 예를 들어 설명하고 있지만, 경우에 따라서는 단위 폴피치(P')는 각 영구자석(24) 간의 길이 전체를 기준으로 평균적으로 산출될 수 있다. 즉, 각 영구자석(24) 간의 길이 구간(L1, L2, L3 ... Ln)이 서로 다른 길이를 가질 경우, 각 구간(L1, L2, L3 ... Ln)에 해당되는 단위 폴피치는 모두 같은 길이(폭)(P')를 갖도록 산출될 수 있다.The unit pole pitch P 'is calculated by dividing the unit pole pitch P' between the permanent magnets 24 and the unit pole pitch P ' Can be calculated on the basis of the entire length as averages. That is, when the length sections L1, L2, L3 ... Ln between the permanent magnets 24 have different lengths, the unit pole pitch corresponding to each of the sections L1, L2, L3 ... Ln is Can be calculated to have the same length (width) (P ').

이후, 산출된 단위 폴피치 정보는 메모리부(42)에 저장될 수 있으며, 이동자(20)는 메모리부(42)에 저장된 상기 단위 폴피치 정보를 기준으로 단위 폴피치 단위(n개×단위 폴피치, n=1,2,3...)로 이동 거리가 제어될 수 있다.The calculated unit pole pitch information may be stored in the memory unit 42 and the mover 20 may calculate the unit pole pitch information based on the unit pole pitch information stored in the memory unit 42, Pitch, n = 1, 2, 3 ...).

한편, 전술한 정현파 아날로그 신호를 체배하여 단위 폴피치를 산출하는 단계에서, 정현파 아날로그 신호는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양한 비트(bit) 단위로 체배될 수 있다. 정현파 아날로그 신호의 체배가 높아질수록 정밀도는 향상될 수 있으나, 정현파 아날로그 신호의 체배가 높아질수록 처리되어야 할 신호량이 증가되어 이동자(20)의 구동 속도가 저하될 수 있기 때문에, 정현파 아날로그 신호의 체배는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 적절히 이루어질 수 있어야 한다. Meanwhile, in the step of calculating the unit pole pitch by multiplying the sinusoidal analog signal, the sinusoidal analog signal can be multiplied by various bits according to required conditions and design specifications. The precision of the sinusoidal analog signal can be improved as the sine wave of the sinusoidal analog signal increases. However, since the signal amount to be processed increases as the sinusoidal analog signal increases, the driving speed of the mover 20 may decrease. It should be able to be done properly according to the required conditions and design specifications.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 영구자석 이동형 엔코더리스 리니어 모터의 구동시에는 전술한 단위 폴피치 정보를 기준으로 이동자(20)가 구동될 수 있으나, 영구자석 이동형 엔코더리스 리니어 모터(100)의 구동 도중 전원이 오프되거나 재부팅될 경우에는 전술한 초기화 단계를 다시 거친 후 모터가 구동될 수 있다. In addition, although the mover 20 may be driven on the basis of the unit pole pitch information described above in the operation of the permanent magnet moving type encoderless linear motor according to the embodiment of the present invention, when the permanent magnet moving type encoderless linear motor 100 is driven, If the power is turned off or rebooted during the driving of the motor, the motor may be driven after the initialization step described above is performed again.

그 후, 펄스 신호를 이용하여 이동자(20)의 이동 거리를 제어할 수 있다. 즉, 검출된 두 개의 제 1 리니어홀센서(A) 및 제 2 리니어홀센서(B)의 펄스 신호의 교차 지점을 카운트함으로써, 이동자(20)의 위상을 검출할 수 있다. 또한, 검출된 두개의 정현파 아날로그 신호를 통상의 연산방법을 통해 조합하여 입력 아날로그 신호를 생성할 수 있으며, 이 입력 아날로그 신호를 펄스 신호로 변환함으로써 이동자(20)의 구동에 필요한 입력 펄스 신호를 산출할 수 있다. 따라서, 이동자(20)는 입력 펄스 신호 수만큼 이동 거리가 제어될 수 있다. 아울러, 두 개의 정현파 아날로그 신호의 조합은 통상의 연산방법에 의해 구현될 수 있으며, 이 연산방법의 종류 및 특징에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.Thereafter, the movement distance of the mover 20 can be controlled using the pulse signal. That is, the phase of the mover 20 can be detected by counting the intersection points of the pulse signals of the two detected first linear hall sensors A and second linear hall sensors B, respectively. The two sinusoidal analog signals thus detected can be combined through an ordinary calculation method to generate an input analog signal. By converting the input analog signal into a pulse signal, an input pulse signal necessary for driving the mover 20 is calculated can do. Therefore, the moving distance of the mover 20 can be controlled by the number of input pulse signals. In addition, the combination of the two sinusoidal analog signals can be implemented by a conventional calculation method, and the present invention is not limited or limited by the types and characteristics of the calculation methods.

기존에는 자석의 극성 변화를 단순히 온(on)/오프(off) 신호로 출력하는 일반 홀센서를 이용하여 영구자석(24)에 대한 이동자의 위상을 확인하고, 별도의 리니어 스케일을 통해 이동자의 이동량을 검출한 데 비하여 본 발명에서는 별도의 리니어 스케일을 배제하고 영구자석(24)을 센싱하는 리니어홀센서(32)를 이용하여 이동자(20)의 이동거리를 제어할 수 있다. 아울러, 리니어홀센서(32)를 통하여 검출되는 정현파 아날로그 신호를 이용하여 영구자석(24)에 대한 이동자(20)의 위상을 확인함과 아울러, 입력 펄스 신호를 산출하여 이동자(20)의 이동량을 제어할 수 있다. Conventionally, the phase of the mover with respect to the permanent magnet 24 is checked using a general Hall sensor that outputs a change in the polarity of the magnet simply as an on / off signal, and the movement amount of the mover The moving distance of the mover 20 can be controlled by using the linear Hall sensor 32 which excludes the linear scale and senses the permanent magnet 24. [ In addition, the phase of the mover 20 with respect to the permanent magnet 24 is confirmed by using the sinusoidal analog signal detected through the linear Hall sensor 32, and the input pulse signal is calculated to calculate the movement amount of the mover 20 Can be controlled.

본 발명의 일 실시예에 따른 영구자석 이동형 엔코더리스 리니어 모터는 2개의 리니어홀센서(32)에서 90도 간격으로 발생하는 구형파를 이용하여 속도를 측정한다.The permanent magnet moving type encoderless linear motor according to an embodiment of the present invention measures the velocity using square waves generated at intervals of 90 degrees in the two linear Hall sensors 32.

도 3은 한 쌍의 리니어홀센서에서 발생하는 신호 및 상승, 하강 검출 신호를 나타낸 도면이다. 도 4는 리니어홀센서에서의 상승, 하강 검출 신호와 카운터신호를 이용한 속도 측정을 나타낸 도면이고, 도 5는 리니어홀센서의 상승, 하강 시점 검출 회로를 나타낸 도면이다.3 is a diagram showing signals and rising and falling detection signals generated in a pair of linear hall sensors. FIG. 4 is a view showing the velocity measurement using the rising and falling detection signals and the counter signals in the linear hall sensor, and FIG. 5 is a diagram showing the rising and falling time detection circuits of the linear hall sensor.

도 3과 같이, 제 1 리니어홀센서 (A), 제 2 리니어홀센서(B)에서 90도 간격으로 발생하는 구형파 신호의 상승 또는 하강하는 부분을 검출하여 그 신호를 기준으로 신호 측정 주기를 결정한다. 이 때, 검출된 신호는 엔코더의 펄스 간격을 측정하는 T방식의 상승 엣지(rising edge)와 같은 역할을 한다. As shown in FIG. 3, the first linear hall sensor A and the second linear hall sensor B detect a rising or falling portion of a square wave signal generated at intervals of 90 degrees, and determine a signal measuring cycle based on the detected signal do. At this time, the detected signal serves as a rising edge of the T-system for measuring the pulse interval of the encoder.

도 4를 참조하면, 각각의 검출 신호마다 구성된 회로에서 발생시킨 소정 주파수의 펄스 수, 즉 20[kHz]의 펄스 수는 32,767개이므로, 이 펄스 수가 되면 초기화된다.Referring to FIG. 4, the number of pulses of the predetermined frequency generated in the circuit configured for each detection signal, that is, the number of pulses of 20 [kHz] is 32,767.

도 5를 참조하면, 리니어홀센서 신호가 D-플립플롭(flipflop)을 거쳐 논리연산자 XOR에 의해 연산되면 제 1 리니어홀센서(A) 및 제 2 리니어홀센서 (B)의 상승 또는 하강 시의 신호를 얻을 수 있다.5, when the linear hall sensor signal is calculated by the logical operator XOR through the D-flipflop, the first linear hall sensor A and the second linear hall sensor B, Signal can be obtained.

그리고, 속도 측정을 위한 카운터 신호를 논리회로를 이용하여 20[kHz]로 분해하여 사용하는 경우, 제 1 리니어홀센서(A) 및 제 2 리니어홀센서(B) 각각의 신호가 상승 또는 하강하는 시점을 검출하는 신호의 주기는 다음 식 (1)과 같다.When the counter signal for speed measurement is decomposed to 20 [kHz] by using a logic circuit, the signals of the first linear hall sensor A and the second linear hall sensor B rise or fall The period of the signal for detecting the viewpoint is expressed by the following equation (1).

Figure pat00002
(1)
Figure pat00002
(One)

여기서, m은 속도 측정을 위한 리니어홀센서(32)의 상승, 하강 신호 사이에 계수된 20 [kHz]의 펄스 수를 나타낸다.Here, m represents the number of pulses of 20 [kHz] counted between the rising and falling signals of the linear Hall sensor 32 for velocity measurement.

식 (1)의 주기를 주파수의 식으로 바꾸면 식(2)와 같다. If the period of equation (1) is changed to the equation of frequency, equation (2) is obtained.

Figure pat00003
(2)
Figure pat00003
(2)

식 (2)의 주파수를 이용한 본 발명의 일 실시예에 따른 영구자석 이동형 엔코더리스 리니어 모터(100)의 이동자(20)의 이동속도를 구하면 식 (3)과 같다. The moving speed of the mover 20 of the permanent magnet moving type encoderless linear motor 100 according to the embodiment of the present invention using the frequency of the equation (2) is obtained as shown in equation (3).

여기서, Ppair는 영구자석(24) 간의 길이에 대응되는 단위 폴피치를 나타낸다. 식 (3)을 사용하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 영구자석 이동형 엔코더리스 리니어 모터(100)의 이동자(20)의 이동속도를 적분함으로서 이동자(20)의 위치를 구할 수 있다.Here, Ppair represents the unit pole pitch corresponding to the length between the permanent magnets 24. The position of the mover 20 can be obtained by integrating the moving speed of the mover 20 of the permanent magnet moving type encoderless linear motor 100 according to the embodiment of the present invention by using Equation (3).

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 영구자석 이동형 엔코더리스 리니어 모터(100)는 2개의 리니어홀센서(32)를 통하여 검출된 신호를 이용하여 자석 플레이트(22)의 단위 폴피치를 산출할 수 있고, 영구자석(24)의 가공오차, 제작오차 및 구동오차를 보정할 수 있다.Meanwhile, the permanent magnet moving type encoderless linear motor 100 according to the embodiment of the present invention can calculate the unit pole pitch of the magnet plate 22 using the signals detected through the two linear hall sensors 32 And the machining error, the manufacturing error, and the drive error of the permanent magnet 24 can be corrected.

도 6은 카운터신호와 모터 U상을 이용한 거리 검출을 설명하는 도면이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 영구자석형 동기식 리니어 모터의 영구자석(24) 배열에서 보간된 신호를 나타내는 도면이고, 도 8은 영구자석 배열에서 보간된 신호에 따라 이동자의 극 쌍의 위치를 나타낸 도면이다.6 is a view for explaining the distance detection using the counter signal and the motor U phase, and FIG. 7 is a diagram showing a signal interpolated in the arrangement of the permanent magnets 24 of the permanent magnet type synchronous linear motor according to the embodiment of the present invention And FIG. 8 is a view showing positions of pole pairs of the mover according to signals interpolated in the permanent magnet array.

즉, 가공오차 및 제작오차에 의해 영구자석(24)간의 배치가 일반적으로 일정하지 않으므로 고정밀도를 갖기가 용이하지 않지만, 도 6에 도시된 바와 같이, 이동자(20)의 위치는 카운터를 이용하여 0부터 32767까지 선형적으로 나타낼 수 있으며 모터의 U상과 카운터의 시작점을 맞추어 모터의 거리를 정밀하게 계산할 수 있다.In other words, it is not easy to obtain a high precision because the arrangement between the permanent magnets 24 is generally not constant due to processing errors and manufacturing errors. However, as shown in FIG. 6, It can be displayed linearly from 0 to 32767, and the distance of the motor can be precisely calculated by aligning the starting point of the counter with the U phase of the motor.

도 7을 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 영구자석 이동형 엔코더리스 리니어 모터(100)의 영구자석(24)에서 나오는 사인/코사인(sin/cos) 파형에 대하여 2 비트(bit) 에서 5 비트까지 보간된 신호를 확인할 수 있다. 이 보간된 신호를 이용하여 고해상도(high resolution)의 데이터를 확보할 수 있으며, 확보된 고해상도의 데이터는 이동자(20)의 위치와 속도를 정밀하게 제어할 수 있도록 한다. Referring to FIG. 7, there is shown a sinusoidal / cosine waveform generated from a permanent magnet 24 of a permanent magnet moving type encoderless linear motor 100 according to an embodiment of the present invention. The interpolated signal can be confirmed. The interpolated signal can be used to acquire high resolution data, and the high resolution data can precisely control the position and speed of the mover 20.

한편, 도 8을 참조하면 영구자석(24) 배열에서 보간된 신호에 따라 이동자의 극 쌍(pole pair)의 위치를 도시한 것으로 N-S-N-S 의 4극이 360°로 구성된 영구자석(24) 배열을 나타내고 있다. 이 N-S-N-S 주기는 리니어홀센서(32)를 90°위상 차로 배치하여 거리를 정밀하게 보간할 수 있다. 이에 관하여, 모든 영구자석(24)간의 길이를 차례로 스캐닝하여 리니어홀센서(32)에서 검출되는 신호를 이용하여 단위 폴피치를 산출하는 방법에 대하여 전술하였다. Referring to FIG. 8, the positions of the pole pairs of the mover are shown according to signals interpolated in the arrangement of the permanent magnets 24, and the arrangement of the permanent magnets 24 in which the four poles of the NSNS are composed of 360 degrees is shown have. This N-S-N-S period can precisely interpolate the distance by arranging the linear hall sensor 32 at a phase difference of 90 degrees. In this regard, a method of calculating the unit pole pitch using the signals detected by the linear hall sensor 32 by sequentially scanning the lengths of all the permanent magnets 24 has been described.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 영구자석 이동형 엔코더리스 리니어 모터의 자석 이동자의 전체 제어 블록도이다. 9 is an overall control block diagram of a magnet mover of a permanent magnet moving type encoderless linear motor according to an embodiment of the present invention.

도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 영구자석 이동형 엔코더리스 리니어 모터(100)는 자석 플레이트(22)가 이동자(20)가 되어 이동하는 구조이며, 리니어홀센서(32)를 포함하는 센서보드(30)가 위치되어, 이동자(20)의 위치 및 속도를 측정할 수 있다. 이와 같이, 자석 플레이트(22)가 이동하므로 자체 부하가 적어짐으로써 영구자석형 동기식 리니어 모터(100)의 빠른 과도 응답을 갖는 토크제어가 가능하다.9, a permanent magnet moving type encoderless linear motor 100 according to an embodiment of the present invention includes a linear hall sensor 32 The position and speed of the mover 20 can be measured. Since the magnetic plate 22 moves in this manner, the self-load is reduced, so that the torque control with quick transient response of the permanent magnet type synchronous linear motor 100 is possible.

도 10은 이동자의 속도계산 및 위치 추정을 위한 센서 시스템의 블록도이다. 도 10을 참조하면, 센서보드(30)의 리니어홀센서(32) 들의 신호를 받아 이동자(20)의 위치를 확인할 수 있다. 또한, 입력된 신호는 DSP 콘트롤러(MICOM)가 상위 제어기(DRIVE)로 전달하고 상위 제어기가 이동자(20)의 속도와 위치를 계산하게 된다.10 is a block diagram of a sensor system for velocity calculation and position estimation of a mover. Referring to FIG. 10, the position of the mover 20 can be confirmed by receiving signals from the linear hall sensors 32 of the sensor board 30. In addition, the DSP controller MICOM transfers the input signal to the host controller DRIVE, and the host controller calculates the speed and the position of the mover 20.

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동자의 자석 플레이트의 위치 보정을 나타낸 블록도이며, 식 (3)을 이용하여 속도를 적분하여 이동자(20)의 위치 정보를 얻는 방법을 나타낸다.FIG. 11 is a block diagram showing a positional correction of a magnet plate of a mover according to an embodiment of the present invention, and shows a method of obtaining positional information of the mover 20 by integrating a velocity using Equation (3).

이 때, 도 11의 ①번 Reset신호의 경우는 제 1 리니어홀센서(A)와 제 2 리니어홀센서(B)신호의 상승 또는 하강하는 시점을 검출한 신호가 90도 간격으로 입력되면, 적분의 출력을 초기화 시킨다. 또한, 도 11의 ②번 Reset 신호의 경우는 제 1 리니어홀센서(A)의 신호가 상승하는 시점에서 360도 간격으로 입력되면 적분의 출력을 초기화 시킨다. 이는 각각 90도, 360도마다 입력된 리니어홀센서(32) 신호를 통해 이동자의 위치를 보정해 주기 위함이다.At this time, in the case of the reset signal (1) in Fig. 11, when the signal detecting the rising or falling time of the signals of the first linear hall sensor (A) and the second linear hall sensor (B) Lt; / RTI > 11, when the signal of the first linear hall sensor A rises, it is initialized to the integral output when it is input at intervals of 360 degrees. This is to correct the position of the mover through the signal of the linear hall sensor 32 inputted at 90 degrees and every 360 degrees.

도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 영구자석 이동형 엔코더리스 리니어 모터의 속도와 정격 추력을 나타내는 그래프이다. 도 12를 참조하면, 제 1 리니어홀센서(A) 및 제 2 리니어홀센서(B)의 신호를 받아 이동자(20)의 위치를 확인할 수 있다. 12 is a graph showing speed and rated thrust of a permanent magnet moving type encoderless linear motor according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 12, the position of the mover 20 can be confirmed by receiving signals from the first linear hall sensor A and the second linear hall sensor B.

표 1은 실험에 사용된 영구자석 이동형 엔코더리스 리니어 모터의 정격 및 파라미터 등의 제원을 나타내는 표이다.Table 1 shows specifications such as the rating and parameters of the permanent magnet moving type encoderless linear motor used in the experiment.

Figure pat00004
Figure pat00004

표 1의 파라미터를 이용하여 영구자석 이동형 엔코더리스 리니어 모터(100)가 구동되는 시간을 구하면 식 (4)가 된다. When the time for driving the permanent magnet moving type encoderless linear motor 100 is calculated using the parameters in Table 1, equation (4) is obtained.

T = ta + tf + td + tdwell (4)T = ta + tf + td + tdwell (4)

이 때, tf는 정속구간이다. In this case, tf is a constant speed section.

구동되는 시간에 맞추어 본 발명의 일 실시예에 따른 영구자석 이동형 엔코더리스 리니어 모터의 정격추력을 계산하면 식 (5)가 된다. (5) is obtained by calculating the rated thrust of the permanent magnet moving type encoderless linear motor according to the embodiment of the present invention in accordance with the driving time.

Figure pat00005
(5)
Figure pat00005
(5)

이와 같은 식으로 모터의 정격추력과 최대추력을 계산하고 영구자석 이동형 엔코더리스 리니어 모터(100)를 선정하였다. 도 12를 참조하면, 이상의 식 (1)~(5)를 사용하여 시뮬레이션을 수행한 결과 영구자석 이동형 엔코더리스 리니어 모터(100)의 속도와 정격추력에 대해서 확인할 수 있다.In this way, the rated thrust and the maximum thrust of the motor are calculated and the permanent magnet moving type encoderless linear motor 100 is selected. Referring to FIG. 12, as a result of the simulation using Equations (1) to (5), the speed and the rated thrust of the permanent magnet moving type encoderless linear motor 100 can be confirmed.

도 13는 본 발명의 일 실시예에 의한 영구자석 이동형 엔코더리스 리니어 모터의 시뮬레이션을 나타낸 도면이다. 이는 MAXWELL 프로그램을 이용하여 시뮬레이션 하였다.13 is a diagram showing a simulation of a permanent magnet moving type encoderless linear motor according to an embodiment of the present invention. This was simulated using the MAXWELL program.

도 14는 리니어홀센서의 검출 파형을 나타낸 그래프이다. 제 1 리니어홀센서(A) 및 제 2 리니어홀센서(B)의 신호가 상승 또는 하강 시점을 검출한 파형을 나타낸 것이다.14 is a graph showing the detection waveform of the linear hall sensor. The waveforms of the signals detected by the first linear hall sensor A and the second linear hall sensor B are detected.

도 14를 참조하면, 제 1 리니어홀센서(A)와 제 2 리니어홀센서(B)의 파형이 90도의 간격을 유지하면서 각각의 리니어홀센서(32) 신호의 상승 및 하강 신호가 검출되는 것을 확인할 수 있다. 또한, 제 1 리니어홀센서(A)와 제 2 리니어홀센서(B)의 신호가 이동자(20)의 위치에 따라 일정 간격을 두고 보정되는 것을 확인할 수 있다. 이는 속도를 적분하여 이동자(20)의 위치를 구할 때 90도마다 입력된 신호를 통해 이동자의 위치를 보정해 주기 때문이다.14, when the waveforms of the first linear hall sensor A and the second linear hall sensor B are kept at an interval of 90 degrees, the rise and fall signals of the signals of the linear Hall sensors 32 are detected Can be confirmed. It can also be seen that the signals of the first linear hall sensor A and the second linear hall sensor B are corrected at regular intervals according to the position of the mover 20. This is because, when the position of the mover 20 is obtained by integrating the speed, the position of the mover is corrected through the signal inputted every 90 degrees.

도 15는 이동자의 이동에 따른 영구자석 위치 변화를 나타낸 도면으로, 것으로, 이동자(20)는 고정자 코일 i(Motor Coil i)에서 고정자 코일 k(Motor Coil k)로 이동하면서 모터의 UVW상 신호를 발생시킨다. UVW상 신호가 동기화되면, 그 시점부터 같은 신호를 발생시키며 위치를 보정한다.Fig. 15 is a view showing a change in the position of the permanent magnet due to the movement of the mover. The mover 20 moves the motor UVW image signal from the stator coil i (Motor Coil i) to the stator coil k (Motor Coil k) . When the UVW phase signal is synchronized, the same signal is generated from that point and the position is corrected.

도 16은 이동자의 이동에 따른 리니어홀센서의 신호를 나타낸 그래프로, 이동자(20)가 움직일 때 제 1 리니어홀센서(A) 신호가 제 2 리니어홀센서(B) 신호와 동기화됨으로써 이동자(20)인 자석 플레이트(22)의 움직임을 정밀하게 파악할 수 있다. 이 때, 자석 플레이트(22)는 임의의 위치에 정지가 가능하며 정지하였을 경우 자석 플레이트(22)가 정지한 위치에서 브레이크(brake)신호를 발생시킨다.16 is a graph showing a signal of the linear Hall sensor according to the movement of the mover. When the mover 20 moves, the signal of the first linear hall sensor A is synchronized with the signal of the second linear hall sensor B, The movement of the magnet plate 22 can be grasped precisely. At this time, the magnet plate 22 can be stopped at an arbitrary position, and when it is stopped, a brake signal is generated at a position where the magnet plate 22 stops.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 자석 플레이트의 피치를 30mm로 하였으며, 이를 DSP 콘트롤러를 이용하여 4체배하여 보간하였고, 이송속도는 최소 100mm/sec에서 최대 1~2m/sec 사이에서 구동하였다. In an embodiment of the present invention, the pitch of the magnet plate is set to 30 mm, multiplied by four using a DSP controller, and the feed rate is driven at a minimum of 100 mm / sec to a maximum of 1 to 2 m / sec.

표 2는 기존의 리니어 모터와 본 발명의 일 실시예에 따른 영구자석 이동형 엔코더리스 리니어 모터(100)의 성능을 비교한 표이며, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 정밀도나 가격 면에서 기존의 리니어 모터보다 훨씬 개선된 것을 확인할 수 있다. Table 2 compares the performance of the conventional linear motor and the permanent magnet moving type encoderless linear motor 100 according to an embodiment of the present invention. According to one embodiment of the present invention, It can be seen that it is much improved than the linear motor.

Figure pat00006
Figure pat00006

종래의 리니어 모터는 이송거리를 측정하기 위해 엔코더와 리니어 스케일을 사용하여 측정하였으나 본 발명의 일 실시예에 따른 영구자석 이동형 엔코더리스 리니어 모터(100)는 영구자석(24)을 감지하는 리니어홀센서(32) 신호를 통하여 DSP 콘트롤러를 이용하여 보간함으로써 엔코더의 역할을 대신할 수 있다. The conventional linear motor has been measured using an encoder and a linear scale in order to measure the distance of travel. However, the permanent magnet moving type encoderless linear motor 100 according to an embodiment of the present invention includes a linear hall sensor (32) signal by using a DSP controller to perform interpolation.

도 17 내지 도 19는 본 발명의 다른 실시예에 따른 다수의 자석 플레이트를 사용한 영구자석 이동형 엔코더리스 리니어 모터를 나타낸 도면이다. 본 발명의 다른 실시예에 따른 영구자석 이동형 엔코더리스 리니어 모터는 도 18과 같이 진공 환경에서 이용되거나, 도 19와 같이 페곡선 루프를 구성할 수 있다. 17 to 19 are views showing a permanent magnet moving type encoderless linear motor using a plurality of magnet plates according to another embodiment of the present invention. The permanent magnet moving type encoderless linear motor according to another embodiment of the present invention may be used in a vacuum environment as shown in FIG. 18, or may constitute a curved loop as shown in FIG.

본 발명에 따른 영구자석 이동형 엔코터리스 리니어 모터는 자석 플레이트(22)가 이동자(20)를 구성하므로, 각종 이송 장치, 제품 조립 및 공정 자동화 장치, 식품 가공, 무균충진 등 다양한 분야에 이용될 수 있다. 특히, 다수의 자석 플레이트(22)가 이동자(20)를 구성하여 각각의 이동자(20)에 대한 개별 속도 제어가 가능하므로 고속 운전을 구현할 수 있어, 이에 따른 생산성 향상을 기대할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 영구자석 이동형 엔코더리스 리니어 모터는 고온, 고진공, 클린룸 환경을 요구하는 반도체 및 고속 회복 다이오드(fast recovery diode, FRD) 공정에도 확대 적용될 수 있다. The permanent magnet moving type linear motor according to the present invention can be used in various fields such as various conveying devices, product assembly and process automation devices, food processing, aseptic filling, etc. since the magnet plate 22 constitutes the mover 20 have. In particular, since the plurality of magnet plates 22 constitute the mover 20 and individual speed control can be performed for each mover 20, high-speed operation can be realized, thereby improving productivity. Further, the permanent magnet moving type encoderless linear motor according to the present invention can be extended to a semiconductor and a fast recovery diode (FRD) process requiring a high temperature, high vacuum, and clean room environment.

본 발명의 일 실시예에 따른 영구자석 이동형 엔코더리스 리니어 모터(100) 는 리니어홀센서(32)를 이용하여 자석 플레이트(22)의 이동 위치 및 속도를 검출하고, 또한 발생되는 위치의 오차는 추정되는 위치를 통해 보상할 수 있는 엔코더리스 방식이므로 정밀도가 높고 오차범위가 적으며, 효율적이다. 구조적으로 엔코더나 레졸버의 장착이 어려운 시스템에 적용 가능하므로, 효과적이고 경제적인 FA(factory automation) 시스템이나 물류 시스템이 구현될 수 있다. The permanent magnet moving type encoderless linear motor 100 according to the embodiment of the present invention detects the moving position and velocity of the magnet plate 22 using the linear hall sensor 32 and also detects the error of the generated position It is possible to compensate through the position of the encoder-less method. Therefore, the accuracy is high, the error range is small, and it is efficient. Because it can be applied to a system that is structurally difficult to install encoders or resolvers, an effective and economical FA (factory automation) system or a logistics system can be realized.

이와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 영구자석 이동형 엔코더리스 리니어 모터의 제어방법은 다음과 같다. 도 20은 영구자석 이동형 엔코더리스 리니어 모터의 제어방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 도 21은 도 20의 영구자석 이동형 엔코더리스 리니어 모터의 초기화 단계에 따른 상세 흐름도이다. The control method of the permanent magnet moving type encoderless linear motor according to the embodiment of the present invention is as follows. 20 is a flowchart for explaining a control method of the permanent magnet moving type encoderless linear motor. 21 is a detailed flowchart according to the initialization step of the permanent magnet moving type encoderless linear motor of Fig.

S10 단계에서, 초기 전원 인가시 상기 영구자석 이동형 엔코더리스 리니어 모터(100)를 초기화 한다. In step S10, the permanent magnet moving type encoderless linear motor 100 is initialized upon initial power application.

S20 단계에서, 신호처리부(40)가 복수 개의 리니어홀센서(32)를 통하여 각 영구자석(24)의 극성에 따른 자속을 선형적으로 감지하여 각 영구자석(24)의 극성 변화에 대한 정현파(sine curve) 아날로그 신호를 생성한다. In step S20, the signal processing unit 40 linearly senses the magnetic flux corresponding to the polarity of each permanent magnet 24 through the plurality of linear hall sensors 32 and outputs a sinusoidal wave sine curve) to generate an analog signal.

S30 단계에서, 신호처리부(40)가 복수 개의 리니어홀센서(32)에서 생성된 정현파 아날로그 신호를 펄스 신호로 변환한다. In step S30, the signal processing unit 40 converts the sinusoidal analog signals generated by the plurality of linear Hall sensors 32 into pulse signals.

S40 단계에서, 제어부(50)가 펄스 신호를 이용하여 이동자가 단위 폴피치 단위(n개 X 단위 폴피치, n은 자연수)의 이동거리로 이동하도록 제어한다. In step S40, the control unit 50 uses the pulse signal to control the mover to move to a moving distance of a unit pole pitch unit (n X unit pole pitch, n is a natural number).

한편, 영구자석 이동형 엔코더리스 리니어 모터(100)를 초기화하는 단계(S10)는 영구자석(24) 간의 배치 간격이 영구자석(24)의 가공오차 및 제작오차에 의해 일정 이상의 고 정밀도를 가지기 어렵기 때문에, 영구자석의 오차에 의한 이동자(20)의 구동 오차를 보정하기 위한 것이다. On the other hand, the step S10 of initializing the permanent magnet moving type encoderless linear motor 100 is performed in such a manner that the interval between the permanent magnets 24 is difficult to have a high accuracy higher than a certain level due to processing errors and manufacturing errors of the permanent magnets 24 This is for correcting the drive error of the mover 20 due to the error of the permanent magnet.

도 4를 참조하면, 영구자석 이동형 엔코더리스 리니어 모터의 초기화 단계(S10)는, 이동자(20)를 기설정된 기준위치에 배치하는 단계(S11), 이동자(20)를 일정 속도로 구동시켜 리니어홀센서(32)로 영구자석(24) 간의 길이를 차례로 스캐닝하는 단계(S13), 리니어홀센서(32)를 통해 출력되는 정현파 아날로그 신호를 체배(multiplying)하여 각 영구자석(24)간의 길이에 대응되는 단위 폴피치(pole pitch)를 산출하는 단계(S15), 및 산출된 단위 폴피치를 메모리부(42)에 저장하는 단계(S17)를 포함할 수 있다.4, the initialization step S10 of the permanent magnet moving type encoderless linear motor includes a step S11 of placing the mover 20 at a preset reference position, a step of driving the mover 20 at a constant speed, (Step S13) of scanning the length between the permanent magnets 24 by the sensor 32 and multiplying the sinusoidal analog signal output through the linear hall sensor 32 to correspond to the length between the permanent magnets 24 A step S15 of calculating a unit pole pitch at which the calculated unit pole pitch is calculated and a step S17 of storing the calculated unit pole pitch in the memory unit 42. [

정현파 아날로그 신호를 체배하여 단위 폴피치를 산출하는 단계(S15)는 요구되는 조건 및 처리환경에 따라 다양한 방식이 적용될 수 있다. 일 예로, 단위 폴피치를 산출하는 단계(S15)는, 정현파 아날로그 신호를 연산하여 입력 아날로그 신호를 생성하는 단계 및 입력 아날로그 신호를 변환하여 입력 펄스 신호에 대응되는 단위 폴피치를 산출하는 단계를 포함할 수 있다.The step of calculating the unit pole pitch by multiplying the sinusoidal analog signal (S15) may be performed in various manners depending on the required conditions and the processing environment. For example, the step (S15) of calculating the unit pole pitch includes a step of generating an input analog signal by calculating a sinusoidal analog signal, and a step of converting the input analog signal to calculate a unit pole pitch corresponding to the input pulse signal can do.

또한, 단위 폴피치를 산출하는 단계(S15)에서, 단위 폴피치(P1, P2, P3...)는 각 영구자석(24) 간의 길이 별로 개별적으로 구분되어 산출될 수 있다. 또한, 단위 폴피치(P')는 각 영구자석(24) 간의 길이 전체를 기준으로 평균적으로 산출될 수 있다. In addition, in step S15 of calculating the unit pole pitch, the unit pole pitches P1, P2, P3, ... may be separately calculated for respective lengths of the respective permanent magnets 24. In addition, the unit pole pitch P 'can be calculated on the basis of the entire length between the permanent magnets 24 on average.

한편, 전술한 정현파 아날로그 신호를 체배하여 단위 폴피치를 산출하는 단계(S15)에서, 정현파 아날로그 신호는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양한 비트(bit) 단위로 체배될 수 있다. 정현파 아날로그 신호의 체배가 높아질수록 정밀도는 향상될 수 있으나, 정현파 아날로그 신호의 체배가 높아질수록 처리되어야 할 신호량이 증가되어 이동자(20)의 구동 속도가 저하될 수 있기 때문에, 정현파 아날로그 신호의 체배는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 적절히 이루어질 수 있어야 한다.Meanwhile, in step S15 of multiplying the sine wave analog signal and calculating the unit pole pitch, the sinusoidal analog signal can be multiplied by various bits in accordance with required conditions and design specifications. The precision of the sinusoidal analog signal can be improved as the sine wave of the sinusoidal analog signal increases. However, since the signal amount to be processed increases as the sinusoidal analog signal increases, the driving speed of the mover 20 may decrease. It should be able to be done properly according to the required conditions and design specifications.

실시예와 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 예시적으로 설명하는 것에 불과하다. 따라서 본 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것이 아님은 자명하다. 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당해 기술분야에 있어서의 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다. The embodiments and the accompanying drawings are merely illustrative of some of the technical ideas included in the present invention. Therefore, it is to be understood that the embodiments disclosed herein are not intended to limit the scope of the present invention but to limit the scope of the present invention. It will be understood by those of ordinary skill in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims and their equivalents. It should be interpreted.

10 : 고정자
12 : 고정자코어
14 : 고정자코일
20 : 이동자
22 : 자석 플레이트
24 : 영구자석
30 : 센서보드
32 : 리니어홀센서
40 : 신호처리부
42 : 메모리부
50 : 제어부
100 : 영구자석 이동형 엔코더리스 리니어 모터
10: Stator
12: Stator core
14: Stator coil
20: mover
22: magnet plate
24: permanent magnet
30: Sensor board
32: Linear Hall sensor
40: Signal processor
42:
50:
100: Permanent magnet moving type encoderless linear motor

Claims (8)

복수 개의 주치가 형성된 고정자 코어 및 상기 주치에 권선되어 전류를 공급하는 고정자코일을 포함하는 고정자;
자석 플레이트 및 자석 플레이트의 하면에 극성이 교번되게 배치되는 복수 개의 영구 자석을 포함하며, 상기 고정자와의 상호 작용에 의하여 직선 구동하는 이동자; 및
상기 영구자석의 이동 위치 및 속도를 측정할 수 있는 이동자의 이동방향의 길이방향으로 위치되는 복수 개의 리니어홀센서를 포함하는 센서보드;를 포함하는 영구자석 이동형 엔코더리스 리니어 모터.
A stator including a stator core formed with a plurality of main teeth and a stator coil wound around the main teeth and supplying a current;
A mover comprising a plurality of permanent magnets arranged alternately in polarity on the lower surface of the magnet plate and the magnet plate and linearly driven by interaction with the stator; And
And a sensor board including a plurality of linear hall sensors positioned in a lengthwise direction of a moving direction of the mover, which can measure a moving position and a velocity of the permanent magnet.
제 1 항에 있어서,
상기 복수 개의 리니어홀센서는
상기 영구자석의 자속의 위상을 읽는 제 1 리니어홀센서; 및
상기 제 1 리니어홀센서와 인접하게 위치되어 자석플레이트의 움직임을 감지하는 제 2 리니어홀센서;를 포함하는 영구자석 이동형 엔코더리스 리니어 모터.
The method according to claim 1,
The plurality of linear hall sensors
A first linear hall sensor for reading the phase of the magnetic flux of the permanent magnet; And
And a second linear hall sensor positioned adjacent to the first linear hall sensor for sensing movement of the magnet plate.
제 2 항에 있어서,
상기 복수 개의 리니어홀센서를 통하여 상기 각 영구자석의 극성에 따른 자속을 선형적으로 감지하여 상기 각 영구자석의 극성 변화에 대한 정현파 아날로그 신호를 생성하고, 상기 정현파 아날로그 신호를 펄스 신호로 변환하는 신호처리부; 및
상기 펄스 신호를 이용하여 상기 이동자의 이동거리를 제어하는 제어부;를 더 포함하는 영구자석 이동형 엔코더리스 리니어 모터.
3. The method of claim 2,
A linear hall sensor for linearly sensing a magnetic flux according to a polarity of each permanent magnet through the plurality of linear hall sensors to generate a sinusoidal analog signal with respect to a change in polarity of each permanent magnet and converting the sinusoidal analog signal into a pulse signal A processor; And
And a controller for controlling the movement distance of the mover using the pulse signal.
제 3 항에 있어서,
상기 제어부는 기설정된 기준 위치에서부터 이동자를 일정 속도로 구동시켜 상기 복수 개의 리니어홀센서로 상기 영구자석 간의 길이를 차례로 스캐닝하고, 상기 복수 개의 리니어홀센서를 통해 출력되는 정현파 아날로그 신호를 체배(multyflying)하여, 상기 각 영구자석 간의 길이 대응되는 단위 폴피치(pole pitch)가 산출되며,
상기 신호처리부는 상기 단위 폴피치 정보가 저장되는 메모리부를 더 포함하고,
상기 제어부는 상기 이동자를 상기 단위 폴피치 단위(n개 × 단위 폴피치, n은 자연수)로 이동시키는 영구자석 이동형 엔코더리스 리니어 모터.
The method of claim 3,
Wherein the controller drives the mover from a preset reference position at a constant speed to sequentially scan the length between the permanent magnets with the plurality of linear hall sensors and to multyflying the sinusoidal analog signal output through the plurality of linear hall sensors, A unit pole pitch corresponding to a length between the permanent magnets is calculated,
Wherein the signal processing unit further includes a memory unit for storing the unit pole pitch information,
Wherein the controller moves the mover to the unit pole pitch unit (n pieces × unit pole pitch, n is a natural number).
제 2 항에 있어서,
상기 제 1 리니어홀센서 및 제 2 리니어홀센서가 90도 간격으로 구형파 신호를 발생시킴에 따라 각각의 신호가 동시에 상승되거나 하강하는 시점을 검출하여, 상승, 하강 신호 사이에 계수된 펄스 수를 이용하여 구한 이동자의 이동속도는,
Figure pat00007

(이 때, m은 속도 측정을 위한 리니어홀센서의 상승, 하강 신호 사이에 계수된 20[kHz]의 펄스 수, Ppair는 영구자석 간의 길이에 대응되는 단위 폴피치)
인 영구자석 이동형 엔코더리스 리니어 모터.
3. The method of claim 2,
As the first linear hall sensor and the second linear hall sensor generate a square wave signal at intervals of 90 degrees, a time point at which each signal is simultaneously raised or lowered is detected, and the number of pulses counted between the rising and falling signals is used The moving speed of the mover,
Figure pat00007

(Where m is the number of pulses of 20 [kHz] counted between the rising and falling signals of the linear hall sensor for velocity measurement, and Ppair is the unit pole pitch corresponding to the length between the permanent magnets)
Permanent magnet moving type encoderless linear motor.
제 5 항에 있어서,
상기 리니어홀센서가 발생시킨 구형파 신호를 상기 센서보드의 DSP 콘트롤러를 이용하여 보간하는 영구자석 이동형 엔코더리스 리니어 모터.
6. The method of claim 5,
A permanent magnet moving type encoderless linear motor for interpolating a rectangular wave signal generated by the linear hall sensor by using a DSP controller of the sensor board.
복수 개의 주치가 형성된 고정자 코어 및 상기 주치에 권선되어 전류를 공급하는 고정자코일을 포함하는 고정자, 자석 플레이트 및 자석 플레이트의 하면에 극성이 교번되게 배치되는 복수 개의 영구 자석을 포함하며, 상기 고정자와의 상호 작용에 의하여 직선 구동하는 이동자, 상기 영구자석의 이동 위치 및 속도를 측정할 수 있도록 이동자의 이동방향의 길이방향으로 위치되어 상기 영구자석의 자속의 위상을 읽는 제 1 리니어홀센서 및 상기 제 1 리니어홀센서와 인접하게 위치되어 자석플레이트의 움직임을 감지하는 제 2 리니어홀센서를 포함하는 복수 개의 리니어홀센서, 상기 복수 개의 리니어홀센서를 통하여 상기 각 영구자석의 극성에 따른 자속을 선형적으로 감지하여 상기 각 영구자석의 극성 변화에 대한 정현파 아날로그 신호를 생성하고, 상기 정현파 아날로그 신호를 펄스 신호로 변환하는 신호처리부 및 상기 펄스 신호를 이용하여 상기 이동자의 이동거리를 제어하는 제어부를 포함하는 영구자석 이동형 엔코더리스 리니어 모터의 제어방법에 있어서,
초기 전원 인가시 상기 영구자석 이동형 엔코더리스 리니어 모터를 초기화 하는 단계;
상기 신호처리부가 상기 복수 개의 리니어홀센서를 통하여 상기 각 영구자석의 극성에 따른 자속을 선형적으로 감지하여 상기 각 영구자석의 극성 변화에 대한 정현파 아날로그 신호를 생성하는 단계;
상기 신호처리부가 상기 정현파 아날로그 신호를 펄스 신호로 변환하는 단계;
상기 제어부가 상기 펄스 신호를 이용하여 상기 이동자가 단위 폴피치 단위(n개 × 단위 폴피치, n은 자연수)의 이동거리로 이동하도록 제어하는 단계;를 포함하는 영구자석 이동형 엔코더리스 리니어 모터의 제어방법.
A stator including a stator core having a plurality of main teeth formed therein and a stator coil wound around the main teeth and supplying a current, a magnet plate, and a plurality of permanent magnets alternately arranged on the lower surface of the magnet plate, A first linear hall sensor which is located in the longitudinal direction of the moving direction of the mover to read the phase of the magnetic flux of the permanent magnet so as to measure the moving position and the velocity of the permanent magnet, A plurality of linear hall sensors disposed adjacent to the linear Hall sensor and including a second linear hall sensor for sensing the movement of the magnet plate, and a plurality of linear hall sensors disposed linearly along the polarities of the respective permanent magnets And generates a sinusoidal analog signal for the polarity change of each permanent magnet In a signal processing unit and a control method of a permanent magnet movable encoder-less linear motor comprising a controller for controlling the moving distance of said movement, using the pulse signal to convert the sine wave analogue signal to a pulse signal,
Initializing the permanent magnet moving type encoderless linear motor when initial power is applied;
The signal processing unit linearly sensing a magnetic flux according to a polarity of each of the permanent magnets through the plurality of linear Hall sensors and generating a sinusoidal analog signal with respect to a change in polarity of each permanent magnet;
Converting the sinusoidal analog signal into a pulse signal;
Controlling the permanent magnet moving type encoderless linear motor using the pulse signal to control the mover to move to a movement distance of unit pole pitch units (n pieces × unit pole pitch, n is a natural number) Way.
제 7 항에 있어서,
상기 제어부가 상기 이동자가 단위 폴피치 단위(n개 X 단위 폴피치, n은 자연수)의 이동거리로 이동하도록 제어하는 단계는
상기 제 1 리니어홀센서 및 제 2 리니어홀센서 신호가 동기화되는 단계를 더 포함하는 영구자석 이동형 엔코더리스 리니어 모터의 제어방법.

8. The method of claim 7,
Wherein the control unit controls the mover to move to a movement distance of a unit pole pitch unit (n X unit pole pitch, n is a natural number)
Wherein the first linear hall sensor and the second linear hall sensor signal are synchronized with each other.

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