KR20230050554A - 리니어 모터용 엔코더 - Google Patents

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KR20230050554A
KR20230050554A KR1020210133552A KR20210133552A KR20230050554A KR 20230050554 A KR20230050554 A KR 20230050554A KR 1020210133552 A KR1020210133552 A KR 1020210133552A KR 20210133552 A KR20210133552 A KR 20210133552A KR 20230050554 A KR20230050554 A KR 20230050554A
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sensor
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magnets
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KR1020210133552A
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김희중
최동욱
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엘에스메카피온 주식회사
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 엔코더는, 복수의 자석을 포함하는 고정자의 상부를 이동하는 이동자의 절대위치를 추종하는 엔코더에 있어서, 상기 이동자에 부착되어 상기 고정자에 포함된 자석의 자력을 감지하는 센서; 및 상기 센서가 감지한 자석의 수를 카운팅한 값을 저장하는 저장부를 포함하고, 상기 저장부에 저장된 자석의 수를 카운팅한 값으로부터 상기 이동자의 절대위치를 추종한다.

Description

리니어 모터용 엔코더{Encoder for linear motor}
본 발명은 리니어 모터용 엔코더에 관한 것으로, 보다 구체적으로 자석판을 직접 센싱하여 리니어 모터의 이동자의 절대위치를 추종하는 엔코더 및 이를 포함하는 리니어 모터에 관한 발명이다.
통상의 전동기가 고정자 내를 회전자가 도는데 대하여 전개 배치된 고정자의 연선상을 틈새를 갖고 이동자가 직선운동하는 것을 리니어 모터라고 한다. 리니어 모터를 각종의 수송 및 운반에 응용하거나, 부상식 철도로도 적용을 개발 중이다. 리니어 모터를 제어하기 위해선 리니어 모터의 위치를 정확히 알아야 한다. 리니어 모터의 위치를 알기 위해, 별도의 광학식 또는 자기식 리니어 스케일을 이용해야 하는데, 스케일을 설치하는데 설계 및 공정이 복잡해지고, 비용이 많이 발생하는 문제가 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 자석판을 직접 센싱하여 리니어 모터의 이동자의 절대위치를 추종하는 엔코더 및 이를 포함하는 리니어 모터를 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 리니어 모터는, 소정의 간격으로 이격되어 배치되는 복수의 자석을 포함하는 고정자; 상기 복수의 자석에 대향하는 코일을 포함하는 이동자; 상기 이동자에 부착되어, 상기 고정자에 포함된 자석의 자력을 감지하는 센서; 및 상기 센서가 감지한 자석의 수를 카운팅한 값을 저장하는 저장부를 포함한다.
또한, 상기 센서는 홀 센서일 수 있다.
또한, 상기 저장부는 비휘발성 저장부일 수 있다.
또한, 상기 저장부에 저장된 자석의 수를 카운팅한 값으로부터 상기 이동자의 절대위치를 추종할 수 있다.
또한, 상기 저장부에 전원을 공급하는 배터리를 포함할 수 있다.
또한, 상기 센서 및 저장부는 동일 기판 상에 형성될 수 있다.
또한, 상기 센서는 상기 이동자의 이동 방향을 따라 장착될 수 있다.
또한, 상기 센서는, 상기 이동자에 전원을 공급하는 전원케이블의 인출방향에 장착될 수 있다.
또한, 상기 센서 및 상기 저장부는 상기 전원 케이블로부터 구동전원을 공급받을 수 있다.
또한, 상기 센서는, 상기 이동자에 전원을 공급하는 전원케이블의 인출방향과 반대 방향에 장착될 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 엔코더는, 복수의 자석을 포함하는 고정자의 상부를 이동하는 이동자의 절대위치를 추종하는 엔코더에 있어서, 상기 이동자에 부착되어 상기 고정자에 포함된 자석의 자력을 감지하는 센서; 및 상기 센서가 감지한 자석의 수를 카운팅한 값을 저장하는 저장부를 포함하고, 상기 저장부에 저장된 자석의 수를 카운팅한 값으로부터 상기 이동자의 절대위치를 추종한다.
또한, 상기 저장부에 전원을 공급하는 배터리를 포함할 수 있다.
또한, 상기 센서 및 저장부는 동일 기판 상에 형성될 수 있다.
또한, 상기 기판이 내부에 배치되는 하우징을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 기존 광학식 또는 자기식 스케일 없이도, 자석판을 직접 센싱함으로써 정확한 절대위치 추종이 가능하다. 또한, 배터리 백업 방식으로 전원이 없는 경우에도 절대위치 추종이 가능하다. 리니어 모터를 장비에 설치하기 이전 엔코더를 미리 부착하여 설치 공정 간소화할 수 있고, 자석판을 직접 센싱하여 절대위치를 확인하기 때문에 스케일의 크기로 인한 운전 거리의 제약이 없다. 모터 코일에 취부하는 방법에 대한 제한도 없는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 비교예에 따른 리니어 모터를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 리니어 모터의 블록도이다.
도 3 내지 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 리니어 모터 및 엔코더를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 엔코더의 블록도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
다만, 본 발명의 기술 사상은 설명되는 일부 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 기술 사상 범위 내에서라면, 실시 예들간 그 구성 요소들 중 하나 이상을 선택적으로 결합 또는 치환하여 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서 사용되는 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는, 명백하게 특별히 정의되어 기술되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해될 수 있는 의미로 해석될 수 있으며, 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미를 고려하여 그 의미를 해석할 수 있을 것이다.
또한, 본 발명의 실시예에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.
본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함할 수 있고, "A 및(와) B, C 중 적어도 하나(또는 한 개 이상)"로 기재되는 경우 A, B, C로 조합할 수 있는 모든 조합 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성요소의 본질이나 차례 또는 순서 등으로 한정되지 않는다.
그리고, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 '연결', '결합', 또는 '접속'된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성 요소에 직접적으로 '연결', '결합', 또는 '접속'되는 경우뿐만 아니라, 그 구성 요소와 그 다른 구성 요소 사이에 있는 또 다른 구성 요소로 인해 '연결', '결합', 또는 '접속'되는 경우도 포함할 수 있다.
또한, 각 구성 요소의 "상(위)" 또는 "하(아래)"에 형성 또는 배치되는 것으로 기재되는 경우, "상(위)" 또는 "하(아래)"는 두 개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되는 경우뿐만 아니라, 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 형성 또는 배치되는 경우도 포함한다. 또한, "상(위)" 또는 "하(아래)"로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함될 수 있다.
도 1은 본 발명의 비교예에 따른 리니어 모터를 도시한 것이다. 리니어 모터는 자석판(4)을 포함하는 고정자와 코일(1)을 포함하는 이동자(2)로 구성된다. 이동자는 무버(mover), 팔레트, 캐리어라고도 할 수 있다. 이동자의 코일에 전원을 공급함으로써 자석판과의 자기력에 의해, 리니어 모터 가이드(5)를 따라 직선 운동을 한다. 이때, 이동자의 코일에 전원을 공급하기 위한 전원 케이블에 배치되는 케이블 덕트(6)가 형성되어 연결될 수 있다. 이때, 이동자의 위치를 측정하기 위하여, 스케일(엔코더)(3)를 포함할 수 있다. 이동자의 위치를 측정하기 위한 별도의 스케일을 적용함으로써 비용 및 설계에 제약이 발생할 수 있다. 또한, 이동자의 위치를 상대위치가 아닌 절대위치를 아는 것이 중요하다. 이동자의 상대위치는 기준이 되는 지점의 위치도 함께 알아야 하나, 절대위치를 아는 경우, 상대적인 기준없이 이동자의 위치를 바로 알 수 있어, 빠른 재동작이 가능하다. 이를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 리니어 모터는 자석판을 직접 센싱하는 센서를 이용하여 이동자의 절대위치를 추종한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 리니어 모터의 블록도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 리니어 모터는 고정자(110), 이동자(120), 센서(130), 저장부(140)로 구성되고, 배터리(150)를 더 포함할 수 있다.
고정자(110)는 소정의 간격으로 이격되어 배치되는 복수의 자석을 포함한다. 리니어 모터가 이동하고자 하는 이동 방향을 따라 복수의 자석을 포함하는 자석판이 바닥면에 배치된다. 복수의 자석인 일정 간격으로 이격되어 배치되고, 자석간 이격 거리는 해상도에 따라 설정될 수 있다.
이동자(120)는 상기 복수의 자석에 대향하는 코일을 포함한다. 자석판으로 형성되는 고정자에 대향하여 이동자는 코일을 포함한다. 코일에 전원이 공급되면, 코일과 자석판 사이에 유도되는 자속에 의해 코일을 포함하는 이동자(120)는 직선운동을 한다. 이동자(120)는 하나 이상의 코일을 포함하고, 이동 방향에 따라 복수의 코일을 포함할 수 있다.
센서(130)는 상기 이동자(120)에 부착되어, 상기 고정자(110)에 포함된 자석의 자력을 감지한다. 센서(130)는 이동자(120)의 절대위치를 감지하기 위해 이동자(120)에 부착되어 이동자(120)와 함께 이동한다. 이동자(120)가 이동시 함께 이동하며, 고정자(110)에 포함된 자석의 자력을 감지한다. 센서(130)는 자력을 감지하는 센서로 홀(hall) 센서를 포함할 수 있다. 이외에 자력을 감지하는 다양한 센서를 포함할 수 있다. 센서(130)는 고정자(110)의 복수의 자석과 대향하도록 배치되고, 자석과 자석간을 이동하며 각 자석의 자력을 감지한다.
센서(130)는 자석의 자력을 감지하는 하나 이상의 센서를 포함할 수 있다. 복수의 센서를 포함하는 경우, 자력 감지의 정확성을 높이기 위해, 이동방향과 수직인 방향으로 배치되어 교차 검증을 수행할 수 있다. 또는, 이동방향으로 배치되어, 위치 추종의 해상도를 높이거나, 이동방향을 판단할 수도 있다.
고정자의 자석의 폭이나, 자석 사이의 이격거리에 따라 센서(130)가 감지하는 해상도가 결정될 수 있다. 이때, 하나의 센서(130)가 아닌 이동방향으로 배치되는 복수의 센서(130)를 이용하는 경우, 각 센서(130) 중 어느 센서는 자석과 상대적으로 가까이 배치될 수 있고, 센서 간의 자력의 차이를 이용함으로써 이동자의 위치를 보다 정확히 알 수 있다. 또한, 이동방향으로 이격된 센서 중 제1 방향으로 이동자와 먼 센서가 먼저 자석의 자력을 감지하고, 이후에 제1 방향으로 이동자와 가까운 센서가 자석의 자력을 감지하는 경우, 이동자가 제1 방향으로 이동하고 있는 것을 알 수 있다. 반대로, 제1 방향으로 이동자와 가까운 센서가 자석의 자력을 먼저 감지하는 경우에는 제1 방향과 반대 방향인 제2 방향으로 이동하고 있는 것을 알 수 있다. 센서(130)의 개수 및 센서(130)간의 배치 및 이격 거리 등은 다양하게 형성될 수 있다.
저장부(140)는 상기 센서(130)가 감지한 자석의 수를 카운팅한 값을 저장한다. 센서(130)는 각각의 자석의 상부를 이동하면서, 각각의 자석을 감지한다. 자석 상부에서 해당 자석의 자력을 감지하고, 자석과 자석 사이의 이격된 위치에서는 자석 상부에 위치하지 않는바, 자력을 감지하지 않게 된다. 즉, 센서(130)는 감지한 자석의 수를 통해, 센서(130)가 몇 개의 자석을 지나쳐 이동하였는지를 알 수 있다. 저장부(140)는 센서(130)가 감지한 자석의 수를 카운팅하고, 카운팅한 값을 저장한다.
저장부(140)는 상기 저장부는 비휘발성 메모리일 수 있다. 감지되는 자석의 수가 증가하는 경우, 저장된 값은 증가하여 저장함으로써 현재 절대위치를 추종할 수 있다. 이때, 이동방향에 따라 제1 방향으로는 카운팅을 증가하고, 제1 방향과 반대방향인 제2 방향으로는 카운팅을 감소시켜, 현재 절대위치를 추종할 수 있다. 상대적인 기준을 통해 위치를 추종하는 것이 아닌 자석의 카운팅 횟수를 저장하여 위치를 추종하는 바, 카운팅 횟수를 저장하여 현재 카운팅 값에 따라 절대위치를 바로 알 수가 있다. 저장부(140)에 전원을 공급하는 배터리(150)를 포함하는 경우, 휘발성 메모리로 구현될 수도 있다.
또는, 저장부(140)는 래치(latch) 등 소자로 구현될 수도 있다. D 플립플롭으로 구현되어, 카운팅되어 입력된 값을 유지함으로써 센서(130)가 감지한 자석의 수를 저장할 수 있다. 이외에 저장부(140)는 카운팅 값을 유지하는 다양한 구성으로 구현될 수 있다.
센서(130)가 감지한 자석의 수를 카운팅 값은 저장부(140)에 저장되어 있기 때문에, 리니어 모터 전원이 오프되었다 턴온되는 경우, 저장부(140)에 저장된 자석의 수를 카운팅한 값으로부터 상기 이동자(120)의 현재 절대위치를 추종할 수 있다. 따라서, 리니어 모터를 턴온시 이동자의 위치를 초기 위치로 이동시키는 과정없이 저장부(140)에 저장된 카운팅 값을 이용하여 이동자의 현재 절대위치를 바로 알 수 있다. 절대 위치를 알 수 있는바, 상대적인 기준의 위치가 불필요하고, 이동자의 위치를 초기화하는 과정들이 불필요한바, 리니어 모터가 재동작시 빠른 동작이 가능하고, 정확한 제어가 가능하다.
이때, 저장부(140)에 저장된 값을 유지하기 위하여, 저장부(140)에 전원을 공급하는 배터리(150)를 포함할 수 있다. 저장부(140)에 전원을 공급하는 배터리(150)는 비충전식 배터리를 사용할 수 있다. 또는, 배터리(150)는 리니어 모터가 온일 때, 충전되어 리니어 모터가 오프되어도 저장부(140)에 전원을 공급하여 저장부(140)에 저장된 값이 유지되도록 하는 충전식 배터리를 사용할 수 있다.
센서(130)는 상기 이동자의 이동 방향을 따라 장착될 수 있다. 센서(130)는 고정자의 자석의 자력을 감지하도록 이동자의 이동 방향을 따라 장착될 수 있다. 이동자(120)의 코일에 영향을 받지 않도록 이동자(120)의 이동방향의 양방향 중 하나의 방향으로 이동자(120)로부터 연장되어 이동자(120)에 장착될 수 있다.
센서(130)와 저장부(140)는 동일 기판 상에 형성될 수 있다. 동일 인쇄회로기판에 센서(130) 및 저장부(140)가 형성되고, 해당 기판을 이동자에 이동방향 중 일방향으로 연장되도록 장착할 수 있다. 또는, 저장부(140)는 센서(130)와 별도의 기판 또는, 외부에 형성될 수도 있다.
센서(130)는 이동자(120)와 함께 이동하도록 이동자(120)에 장착되되, 자석의 자력을 감지할 수 있는 위치에 배치된다.
센서(130)는 상기 이동자(120)에 전원을 공급하는 전원케이블의 인출방향에 장착될 수 있다. 이동자(120)의 코일에 전원을 공급하기 위한 전원케이블이 이동자(120)로부터 인출되는 방향에 센서(130)가 배치될 수 있다. 이때, 센서(130)는 자석과 대향하는 방향에서 전원케이블과 오버랩되지 않도록 장착될 수 있다. 센서(130) 및 저장부(140)는 상기 전원 케이블로부터 구동전원을 공급받을 수 있다. 배터리(150)를 포함하는 경우, 배터리(150)는 상기 전원 케이블의 전원을 이용하여 충전될 수 있다.
또는, 센서(130)는 상기 이동자(120)에 전원을 공급하는 전원케이블의 인출방향과 반대 방향에 장착될 수 있다.
센서(130)는 이동자(120)와 함께 이동하면서 자석의 자력을 감지할 수 있는 다양한 위치에 장착될 수 있어, 설계의 자유도를 높일 수 있고, 자석을 직접 감지하기 때문에, 별도의 스케일을 필요로 하지 않으며, 이로 인해, 스케일에 따른 운전 거리의 제약이 없다.
본 발명의 실시예에 따른 리니어 모터는 도 3 내지 도 7과 같이, 다양한 실시예로 구현될 수 있다.
센서(130)는 도 3과 같이, 기판상에 형성되어, 이동자(120)의 이동방향으로 연장되어 장착될 수 있다. 이때, 이동자(120)의 전원 케이블(122)과 동일방향에 장착될 수 있다. 도 4는 이동자의 하부 방향에 보는 센서(130)가 장착된 이동자(120)를 도시한 것으로, 이동자(120)의 코일(121)은 이동자의 하부에 배치되고, 센서(130)도 자석의 자력을 감지하기 위하여, 기판 하부에 배치될 수 있다. 이때, 센서(130)는 전원 케이블(122)과 오버랩되지 않도록 배치될 수 있다. 센서(130)와 자석 사이에 방해 구성이 없기 때문에, 자력 감지의 정확성을 높일 수 있다. 센서(130)는 도 5와 같이, 센서(130)가 노출되지 않도록 전원케이블(122)과 함께 하우징 내부에 몰딩되어 형성될 수 있다.
또한, 센서(130)는 도 6과 같이, 전원 케이블(122)과 반대 방향에 장착될 수 있다. 이때, 전원 케이블(122)과 간섭은 문제되지 않기 때문에, 설계의 자유도가 높아질 수 있다. 역시, 도 7과 같이, 몰딩되어 형성될 수 있다. 이때, 센서(130) 또는 저장부(140)에 전원을 공급할 수 있는 별도의 전원케이블(131)을 연결하여 함께 몰딩할 수도 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 엔코더의 블록도이다.
도 8의 엔코더(210)의 각 구성에 대한 상세한 설명은 도 1 내지 도 7의 리니어 모터의 구성에 대한 상세한 설명에 대응되는바, 이하, 중복되는 설명은 생략하도록 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 엔코더(210)는 복수의 자석을 포함하는 고정자(110)의 상부를 이동하는 이동자(120)의 절대위치를 추종하기 위하여, 상기 이동자(120)에 부착되어 상기 고정자(110)에 포함된 자석의 자력을 감지하는 센서(130) 및 상기 센서(130)가 감지한 자석의 수를 카운팅한 값을 저장하는 저장부(140)를 포함하고, 상기 저장부(140)에 저장된 자석의 수를 카운팅한 값으로부터 상기 이동자(120)의 절대위치를 추종한다. 상기 저장부(140)에 전원을 공급하는 배터리를 더 포함할 수 있고, 상기 센서(130) 및 상기 저장부(140)는 동일 기판 상에 형성될 수 있으며, 상기 기판이 내부에 배치되는 하우징을 포함할 수 있다.
본 실시 예와 관련된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상기된 기재의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 방법들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (14)

  1. 소정의 간격으로 이격되어 배치되는 복수의 자석을 포함하는 고정자;
    상기 복수의 자석에 대향하는 코일을 포함하는 이동자;
    상기 이동자에 부착되어, 상기 고정자에 포함된 자석의 자력을 감지하는 센서; 및
    상기 센서가 감지한 자석의 수를 카운팅한 값을 저장하는 저장부를 포함하는 리니어 모터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 센서는 홀 센서인 리니어 모터.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 저장부는 비휘발성 저장부인 리니어 모터.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 저장부에 저장된 자석의 수를 카운팅한 값으로부터 상기 이동자의 절대위치를 추종하는 리니어 모터.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 저장부에 전원을 공급하는 배터리를 포함하는 리니어 모터.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 센서 및 저장부는 동일 기판 상에 형성되는 리니어 모터.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 센서는
    상기 이동자의 이동 방향을 따라 장착되는 리니어 모터.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 센서는,
    상기 이동자에 전원을 공급하는 전원케이블의 인출방향에 장착되는 리니어 모터.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 센서 및 상기 저장부는 상기 전원 케이블로부터 구동전원을 공급받는 리니어 모터.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 센서는,
    상기 이동자에 전원을 공급하는 전원케이블의 인출방향과 반대 방향에 장착되는 리니어 모터.
  11. 복수의 자석을 포함하는 고정자의 상부를 이동하는 이동자의 절대위치를 추종하는 엔코더에 있어서,
    상기 이동자에 부착되어 상기 고정자에 포함된 자석의 자력을 감지하는 센서; 및
    상기 센서가 감지한 자석의 수를 카운팅한 값을 저장하는 저장부를 포함하고,
    상기 저장부에 저장된 자석의 수를 카운팅한 값으로부터 상기 이동자의 절대위치를 추종하는 엔코더.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 저장부에 전원을 공급하는 배터리를 포함하는 엔코더.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 센서 및 저장부는 동일 기판 상에 형성되는 엔코더.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 기판이 내부에 배치되는 하우징을 포함하는 엔코더.
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