KR20230116560A - 절대위치 측정이 가능한 리니어 모터 및 이의 동작방법 - Google Patents

절대위치 측정이 가능한 리니어 모터 및 이의 동작방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20230116560A
KR20230116560A KR1020220013638A KR20220013638A KR20230116560A KR 20230116560 A KR20230116560 A KR 20230116560A KR 1020220013638 A KR1020220013638 A KR 1020220013638A KR 20220013638 A KR20220013638 A KR 20220013638A KR 20230116560 A KR20230116560 A KR 20230116560A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
mover
linear motor
absolute position
hall sensors
turn
Prior art date
Application number
KR1020220013638A
Other languages
English (en)
Inventor
이철수
방성국
김용수
최인휴
Original Assignee
씨에스캠 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 씨에스캠 주식회사 filed Critical 씨에스캠 주식회사
Priority to KR1020220013638A priority Critical patent/KR20230116560A/ko
Publication of KR20230116560A publication Critical patent/KR20230116560A/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/14—Electronic commutators
    • H02P6/16—Circuit arrangements for detecting position
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K11/00—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection
    • H02K11/20—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection for measuring, monitoring, testing, protecting or switching
    • H02K11/21—Devices for sensing speed or position, or actuated thereby
    • H02K11/215—Magnetic effect devices, e.g. Hall-effect or magneto-resistive elements
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K11/00—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection
    • H02K11/20—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection for measuring, monitoring, testing, protecting or switching
    • H02K11/21—Devices for sensing speed or position, or actuated thereby
    • H02K11/22—Optical devices
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P25/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details
    • H02P25/02—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the kind of motor
    • H02P25/06—Linear motors
    • H02P25/064—Linear motors of the synchronous type
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P2203/00—Indexing scheme relating to controlling arrangements characterised by the means for detecting the position of the rotor
    • H02P2203/03—Determination of the rotor position, e.g. initial rotor position, during standstill or low speed operation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Linear Motors (AREA)

Abstract

절대위치 측정이 가능한 리니어 모터 및 이의 동작방법이 개시된다. 이에 의한 절대위치 측정이 가능한 리니어 모터는, 코일을 포함하고, 복수개의 홀 센서가 소정 간격마다 연속적으로 배치되며, 좌우측 말단 각각에는 엔코더 센서가 각각 배치되는 고정자; 와, 복수개의 영구자석을 포함하고, 상기 고정자의 상단에 배치되어 상기 코일과 상기 복수개의 영구자석에 의해 발생하는 자기력에 의해 직선 운동을 수행하는 이동자; 및, 상기 복수개의 홀 센서 각각의 위치를 상기 이동자의 멀티 턴 위치로 설정하고 상기 엔코더 센서 각각의 위치를 상기 이동자의 싱글 턴 위치로 설정하며, 상기 리니어 모터에 전원이 인가되는 경우 상기 복수개의 홀 센서 중에서 턴온 된 홀 센서들을 판단하고 이에 대응하는 멀티 턴 위치들을 특정한 후, 싱글 턴 위치들과 특정된 상기 멀티 턴 위치들에 기초하여 상기 이동자의 절대위치를 판단하는 제어부; 를 포함할 수 있다.

Description

절대위치 측정이 가능한 리니어 모터 및 이의 동작방법{LINEAR MOTOR CAPABLE OF ABSOLUTE POSITION MEASUREMENT AND OPERATING METHOD OF THE SAME}
본 발명은 절대위치 측정이 가능한 리니어 모터 및 이의 동작방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 복잡한 과정을 거치지 않고도 이동자의 절대위치를 측정할 수 있는 절대위치 측정이 가능한 리니어 모터 및 이의 동작방법에 관한 것이다.
제조라인에서는 객체를 반복적으로 운반하거나 반송하기 위하여, 직선운동이 가능한 리니어 모터를 사용한다. 일반 모터는 회전운동을 하지만, 리니어 모터는 직선운동을 한다. 리니어 모터의 동작 원리는 자기장 내 전류가 흐르는 도선이 받는 힘의 방향의 설명하는 이론 중 하나인 플레밍의 왼손 법칙으로 이해할 수 있는데, 이에 의할 때 코일에 전류를 흘려보내면 영구자석과의 흡인력 및 반발력에 의해 추진력이 발생한다.
리니어 모터를 이용하여 객체를 운반 또는 반송하려면, 기준점이 되는 현재위치(즉, 절대위치)를 알아야만 한다. 즉, 절대위치를 알아야만, 절대위치로부터 목표위치까지의 이동량을 정확하게 산정할 수 있다.
현재, 리니어 모터가 전원 오프 상태에서 전원 온 상태로 전환하는 경우, 이동자의 절대위치를 알 수 없다. 다만, 고정자의 양 측면에 배치된 센서에 의해, 고정자와 이동자 간의 상대위치만을 대략적으로 인식할 수 있을 뿐이다. 예를 들어, 이동자가 고정자의 왼쪽에 치우쳐 위치하거나, 이동자가 고정자의 중앙에 위치한다는 등으로 대략적인 상대 위치만을 인식할 수 있다. 이 경우, 리니어 모터는 정확한 위치 인식 및 동작 제어를 수행할 수 없다.
따라서, 기존의 리니어 모터는 전원 오프 상태에서 전원 온 상태로 전환하는 경우, 이동자를 고정자의 양 측면에 배치된 센서에 이를 때까지 이동시키고, 이동자의 이동 시간 및 이동거리 등을 측정하여 이를 기초로 절대위치를 측정하였다. 그러나, 이와 같은 절대위치 측정 방법은 번거롭고 복잡하다는 문제점이 존재한다.
한국등록특허공보 제10-1841821호(2018.03.19)
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 복잡한 과정을 거치지 않고도 이동자의 절대위치를 측정할 수 있는 절대위치 측정이 가능한 리니어 모터 및 이의 동작방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 전원이 오프 상태에서 온 상태로 전환되는 경우에도 이동자의 절대위치를 측정할 수 있는 절대위치 측정이 가능한 리니어 모터 및 이의 동작방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의한 절대위치 측정이 가능한 리니어 모터는, 코일을 포함하고, 복수개의 홀 센서가 소정 간격마다 연속적으로 배치되며, 좌우측 말단 각각에는 엔코더 센서가 각각 배치되는 고정자; 와, 복수개의 영구자석을 포함하고, 상기 고정자의 상단에 배치되어 상기 코일과 상기 복수개의 영구자석에 의해 발생하는 자기력에 의해 직선 운동을 수행하는 이동자; 및, 상기 복수개의 홀 센서 각각의 위치를 상기 이동자의 멀티 턴 위치로 설정하고 상기 엔코더 센서 각각의 위치를 상기 이동자의 싱글 턴 위치로 설정하며, 상기 리니어 모터에 전원이 인가되는 경우 상기 복수개의 홀 센서 중에서 턴온 된 홀 센서들을 판단하고 이에 대응하는 멀티 턴 위치들을 특정한 후, 싱글 턴 위치들과 특정된 상기 멀티 턴 위치들에 기초하여 상기 이동자의 절대위치를 판단하는 제어부; 를 포함할 수 있다.
상기 절대위치 측정이 가능한 리니어 모터에 있어서, 상기 소정 간격은, 상기 복수개의 영구자석을 구성하는 N극과 S극 간의 피치간격인 것을 특징으로 한다.
상기 절대위치 측정이 가능한 리니어 모터에 있어서, 상기 제어부는, 상기 리니어 모터에 전원이 인가되는 경우 턴온 된 홀 센서들의 개수를 판단하고, 상기 턴온 된 홀 센서들의 개수와 상기 소정 간격의 단위에 기초하여 상기 고정자 상에서의 상기 이동자의 점유영역 및 시작 위치를 판단할 수 있다
상기 절대위치 측정이 가능한 리니어 모터에 있어서, 상기 제어부는, 상기 이동자가 이동하는 경우 멀티 턴 횟수와 싱글 턴 횟수를 각각 판단하고, 상기 소정 간격의 단위로 상기 멀티 턴 횟수만큼 멀티 턴을 감지한 후, 상기 싱글 턴 횟수를 고려하여 상기 이동자의 절대위치를 판단할 수 있다.
상기 절대위치 측정이 가능한 리니어 모터에 있어서, 상기 제어부는, 연속적으로 배치되는 상기 복수개의 홀 센서 중에서 중간 부분에 배치된 적어도 하나의 홀 센서가 턴오프 되는 경우, 상기 고정자 상에 배치된 상기 이동자의 개수가 2개인 것으로 판단할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의한 절대위치 측정이 가능한 리니어 모터의 동작방법에서, 상기 리니어 모터는: 코일을 포함하고, 복수개의 홀 센서가 소정 간격마다 연속적으로 배치되며, 좌우측 말단 각각에는 엔코더 센서가 각각 배치되는 고정자; 와, 복수개의 영구자석을 포함하고, 상기 고정자의 상단에 배치되어 상기 코일과 상기 복수개의 영구자석에 의해 발생하는 자기력에 의해 직선 운동을 수행하는 이동자; 를 포함하고, 상기 리니어 모터의 동작방법은: 상기 복수개의 홀 센서 각각의 위치를 상기 이동자의 멀티 턴 위치로 설정하고, 상기 엔코더 센서 각각의 위치를 상기 이동자의 싱글 턴 위치로 설정하는 단계; 와, 상기 리니어 모터에 전원이 인가되는 경우, 상기 복수개의 홀 센서 중에서 턴온 된 홀 센서들을 판단하고 이에 대응하는 멀티 턴 위치들을 특정하는 단계; 및, 싱글 턴 위치들과 특정된 상기 멀티 턴 위치들에 기초하여 상기 이동자의 절대위치를 판단하는 단계; 를 포함할 수 있다
상기 절대위치 측정이 가능한 리니어 모터의 동작방법에 있어서, 상기 소정 간격은, 상기 복수개의 영구자석을 구성하는 N극과 S극 간의 피치간격인 것을 특징으로 한다.
상기 절대위치 측정이 가능한 리니어 모터의 동작방법에 있어서, 상기 리니어 모터에 전원이 인가되는 경우 턴온 된 홀 센서들의 개수를 판단하고, 상기 턴온 된 홀 센서들의 개수와 상기 소정 간격의 단위에 기초하여 상기 고정자 상에서의 상기 이동자의 점유영역 및 시작 위치를 판단할 수 있다.
상기 절대위치 측정이 가능한 리니어 모터의 동작방법에 있어서, 상기 이동자가 이동하는 경우 멀티 턴 횟수와 싱글 턴 횟수를 각각 판단하고, 상기 소정 간격의 단위로 상기 멀티 턴 횟수만큼 멀티 턴을 감지한 후, 상기 싱글 턴 횟수를 고려하여 상기 이동자의 절대위치를 판단할 수 있다.
상기 절대위치 측정이 가능한 리니어 모터의 동작방법에 있어서, 연속적으로 배치되는 상기 복수개의 홀 센서 중에서 중간 부분에 배치된 적어도 하나의 홀 센서가 턴오프 되는 경우, 상기 고정자 상에 배치된 상기 이동자의 개수가 2개인 것으로 판단할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 복잡한 과정을 거치지 않고도 이동자의 절대위치를 측정할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 전원이 오프 상태에서 온 상태로 전환되는 경우에도 이동자의 절대위치를 측정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 절대위치 측정이 가능한 리니어 모터의 측면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 절대위치 측정이 가능한 리니어 모터를 구성하는 고정자의 상면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 절대위치 측정이 가능한 리니어 모터를 구성하는 엔코더 센서의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 절대위치 측정이 가능한 리니어 모터의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 절대위치 측정이 가능한 리니어 모터의 동작 과정을 대략적으로 도시한 도면이다
도 6은 본 발명의 실시예에 따른, 컴퓨팅 장치를 나타내는 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
본 명세서에서, 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
또한 본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결되어' 있다거나 '접속되어' 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에 본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '직접 연결되어' 있다거나 '직접 접속되어' 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용되는 것으로써, 본 발명을 한정하려는 의도로 사용되는 것이 아니다.
또한 본 명세서에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.
또한 본 명세서에서, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품, 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것일 뿐, 하나 또는 그 이상의 다른 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
또한 본 명세서에서, '및/또는' 이라는 용어는 복수의 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다. 본 명세서에서, 'A 또는 B'는, 'A', 'B', 또는 'A와 B 모두'를 포함할 수 있다.
또한 본 명세서에서, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략될 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 절대위치 측정이 가능한 리니어 모터의 측면도이다.
본 발명의 일 실시예에 의한 절대위치 측정이 가능한 리니어 모터(100)는, 이동자(110), 고정자(120) 및 제어부(미도시)를 포함하여 구성될 수 있다.
고정자(120)는 내부에 코일을 포함할 수 있다. 일 실시예에 의하면, 고정자(120)는 리니어 모터 코일로 구현될 수 있다.
고정자(120)에는 복수개의 홀 센서(124)가 소정 간격마다 연속적으로 배치될 수 있다. 실시예에 따라, 소정 간격은 다양하게 설정될 수 있다. 일 실시예에 의하면, 소정 간격은 이동자(110)에 포함된 복수개의 영구자석을 구성하는 N극과 S극 간의 피치간격으로 설정될 수 있다. 다른 실시예에 의하면, 소정 간격은 이동자(110)에 포함된 N극 자석 및 S극 자석 한 쌍의 배치 거리의 4분의 1로 설정될 수 있다.
도 1을 참조하면, 이동자(110)에 포함된 복수개의 영구자석은 N극과 S극 간의 피치간격(MP)에 따라 배열된다. 이 경우, 고정자(120) 상에는 복수개의 홀 센서(124) 각각은 피치간격(MP)에 따라 연속적으로 배열될 수 있다. 따라서, 복수개의 홀 센서(124) 간의 간격은 이동자(110)의 영구자석을 구성하는 N극과 S극간의 피치간격(MP)과 동일하다.
여기서, 홀 센서(Hall Sensor)는 홀 효과를 이용한 것으로서, 객체의 위치를 측정하는데 많이 사용하는 센서이다. 홀 센서는, 전류가 흐르는 도체에 자기장을 걸어 주면 전류와 자기장에 수직 방향으로 전압이 발생하는 홀 효과를 이용하여 자기장의 방향과 크기를 알아내며, 이때 발생된 전압이 전류차가 발생하는 효과를 이용한다.
복수개의 홀 센서(124)는 이동자(110)의 멀티 턴을 감지할 수 있다. 여기서, 멀티 턴은 이동자(110)가 좌측 방향 또는 우측 방향으로 전환하여 이동하는 것으로 정의될 수 있다. 도 1에 도시된 리니어 모터(100)를 참조하면, 이동자(110)는 고정자(120) 상에서 직선 왕복 운동을 수행하므로, 중간에 배치되는 복수개의 홀 센서(124)의 위치에서는 좌측 방향 또는 우측 방향으로 전환 가능하다. 따라서, 복수개의 홀 센서(124) 각각에서는 이동자(110)의 멀티 턴을 감지할 수 있게 된다.
한편, 복수개의 홀 센서(124)는 멀티 턴 감지 기판(122) 상에 배치될 수 있다.
고정자(120)의 좌우측 말단 각각에는 엔코더 센서(128)가 각각 배치될 수 있다. 여기서, 엔코더(encoder)는 모터의 회전속도와 방향을 감지하고, 이에 기초하여 객체의 위치를 판단할 수 있는 센서이다. 엔코더의 성능이 안 좋은 경우, 위치값에 큰 에러가 발생하여 객체가 정확하게 움직일 수 없다.
엔코더 센서(128)는 이동자(110)의 싱글 턴을 감지할 수 있다. 여기서, 싱글 턴은 이동자(110)가 좌측 방향 및 우측 방향 중 어느 한쪽 방향으로만 전환하여 이동하는 것으로 정의될 수 있다. 도 1에 도시된 리니어 모터(100)에서, 이동자(110)는 좌측 말단에 배치된 엔코더 센서(128)의 위치에서는 우측 방향으로만 전환할 수 있고, 우측 말단에 배치된 엔코더 센서(128)의 위치에서는 좌측 방향으로만 전환할 수 있다. 따라서, 좌우측 말단의 엔코더 센서(128) 각각에서는 이동자(110)의 싱글 턴을 감지할 수 있게 된다.
엔코더 센서(128) 각각은 엔코더 기판(126) 상에 배치될 수 있다.
일 실시예에 의하면, 리니어 모터(100)가 인식하는 절대위치의 해상도는, 엔코더 센서(128)가 측정하는 싱글 턴의 해상도에 기초하여 결정될 수 있다. 여기서, 해상도는 어느 정도까지 세분하여 인식할 수 있는지를 의미한다. 예를 들어, 싱글 턴의 해상도는, 싱글 턴을 어느 정도까지 세분하여 인식할 수 있는지이다. 싱글 턴의 해상도는 일반적으로 12~16 비트 정도의 해상도를 갖는다. 만일, 피치간격이 P이고, 16 비트 해상도를 갖는다면, P/65536 값의 거리만큼 판별할 수 있다.
이동자(110)는 복수개의 영구자석을 포함할 수 있다. 일 실시예에 의하면, 이동자(110)는 캐리어(carrier, pallet이라고도 함)로 구현될 수 있다.
이동자(110)는 고정자(120)의 상단에 배치될 수 있다. 이 경우, 이동자(110)는, 고정자(120)에 포함된 코일과 이동자(110)에 포함된 복수개의 영구자석에 의해 발생하는 자기력에 의해 직선 운동을 수행할 수 있다.
제어부(미도시)는 복수개의 홀 센서(124) 각각의 위치를 이동자(110)의 멀티 턴 위치로 설정하고, 엔코더 센서(128) 각각의 위치를 이동자(110)의 싱글 턴 위치로 설정할 수 있다.
구체적으로, 제어부(미도시)는 리니어 모터(100)에 전원이 인가되는 경우, 복수개의 홀 센서(124) 중에서 턴온 된 홀 센서들을 판단하고 이에 대응하는 멀티 턴 위치들을 특정한 후, 싱글 턴 위치들과 특정된 멀티 턴 위치들에 기초하여 이동자(110)의 절대위치를 판단할 수 있다.
일 실시예에 의하면, 제어부(미도시)는 리니어 모터(100)에 전원이 인가되는 경우 턴온 된 홀 센서들의 개수를 판단하고, 턴온 된 홀 센서들의 개수와 소정 간격의 단위에 기초하여 고정자(120) 상에서의 이동자(110)의 점유영역 및 시작 위치를 판단할 수 있다.
다른 실시예에 의하면, 제어부(미도시)는 이동자(110)가 이동하는 경우 멀티 턴 횟수와 싱글 턴 횟수를 각각 판단하고, 소정 간격의 단위로 멀티 턴 횟수만큼 멀티 턴을 감지한 후, 싱글 턴 횟수를 고려하여 이동자(110)의 절대위치를 판단할 수 있다.
또 다른 실시예에 의하면, 제어부(미도시)는 연속적으로 배치되는 복수개의 홀 센서(124) 중에서 중간 부분에 배치된 적어도 하나의 홀 센서가 턴오프 되는 경우, 고정자(120) 상에 배치된 이동자(110)의 개수가 2개인 것으로 판단할 수 있다. 구체적으로, 2개의 이동자(110)가 하나의 고정자(120) 상에 존재하는 경우에는 멀티 턴을 감지하는 복수개의 홀 센서(124) 중에서 중간 영역에 위치한 1개 이상의 홀 센서가 오프(off) 되게 된다. 따라서, 이러한 점을 고려하여, 중간 부분에 배치된 적어도 하나의 홀 센서가 턴오프 되는 경우에는 고정자(120) 상에 2개의 이동자(110)가 배치되어 있는 것으로 판단한다.
기존의 리니어 모터에서는 이동자의 절대위치를 측정할 수 있는 방법이 없다. 따라서, 전원 오프 상태의 리니어 모터에 전원이 인가되면(전원 온), 기준점이 되는 이동자의 절대위치는 알 수 없으며, 단지 홀 센서 값을 감지하여 이동자의 상대적위치만을 인식할 수 있을 뿐이다. 그러나, 리니어 모터의 정확한 동작을 위해서는 이동자의 절대위치가 필수적으로 필요하므로, 이러한 경우 이동자의 절대위치를 측정하기 위하여, 이동자를 좌우측 각각의 엔코더 센서까지 이동시킨 후 절대위치를 측정하게 된다. 이동자가 이동하려면 전력이 필요하므로, 만일 리니어 모터에 배터리가 없는 상태라면, 이동자의 엔코더 센서까지 이동시킬 수 없어 절대위치를 측정할 수 없다.
본 발명에 의하면, 고정자(120) 상에 복수개의 홀 센서(124)를 소정 간격마다 연속적으로 배치하되, 상기 소정 간격을 이동자(110)에 포함된 복수개의 영구자석을 구성하는 N극과 S극 간의 피치간격으로 설정한다. 즉, 소정 간격을 이동자(110)가 이동할 수 있는 단위 거리로 설정함으로써, 이동자(110)를 엔코더 센서(128)의 위치까지 이동시키지 않고도, 복수개의 홀 센서(124)의 온/오프 여부나 오프 횟수 등에 기초하여 이동자(110)의 절대 위치를 판단할 수 있다. 이에 의해, 리니어 모터(100)에서 Battery-less 상태에서도 절대위치를 인식할 수 있는 엔코더를 구성할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 절대위치 측정이 가능한 리니어 모터를 구성하는 고정자의 상면도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 고정자(120)의 좌우측 말단 각각에는 엔코더 센서(128)가 배치될 수 있다. 이 경우, 엔코더 센서(128)는 이동자(110)의 싱글 턴을 감지할 수 있다.
고정자(120)의 상단 일 측면에는 복수개의 홀 센서(124)가 배치될 수 있다. 이 경우, 복수개의 홀 센서(124)는 소정 간격마다 연속적으로 배치될 수 있다. 일 실시예에 의하면, 소정 간격은 이동자(110)에 포함된 복수개의 영구자석을 구성하는 N극과 S극 간의 피치간격(MP)으로 설정될 수 있다. 예를 들어, N극과 S극 간의 피치간격이 30mm라면, 복수개의 홀 센서(124)는 센서 간 거리가 30mm가 되도록 멀티 턴 감지 기판(122) 상에 연속적으로 배치될 수 있다.
이와 같이, 고정자(120) 상에 복수개의 홀 센서(124)를 배치하는 경우, 다음과 같이 이동자(110)의 절대위치를 판단할 수 있다.
대차 이동 시, 복수개의 홀 센서(124)의 온/오프 여부를 감지하여 멀티 턴 개수를 파악한다.
리니어 모터(100) 동작 중에 온(on) 된 복수개의 홀 센서(124)의 개수를 검출하여, 엔코더 센서(128)가 검출한 멀티 턴 횟수와 서로 비교하여 센서인식오류를 보완한다. 이 경우, 멀티 턴을 감지하는 복수개의 홀 센서(124)의 감지신호를 우선적으로 고려한다.
전원이 오프(off) 되었다가 온(on)된 경우, 복수개의 홀 센서(124) 중에서 온(on) 된 센서의 개수를 카운트하여 현재의 이동자(110)의 절대위치를 정확하게 인식할 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 의하면, 이동자(캐리어)의 진행 방향으로 영구자석의 NS극의 피치 간격으로 연속적으로 배치된 홀 센서에 의하여, 이동자의 멀티 턴 위치를 감지할 수 있다.
이 경우, 감지된 멀티 턴 위치와 싱글 턴을 감지하는 고정자의 좌우에 배치된 엔코더 센서에 의하여 절대위치를 감지할 수 있다.
또한, 이러한 방법에 의하여, 전기가 공급될 때에도 정확한 멀티 턴의 위치를 감지할 수 있다. 따라서, 전기가 공급되지 않았다가 다시 전기가 공급된 경우, 배터리 없이도(battery-less) 전기가 공급된 순간에 감지된 이동자의 멀티 턴 위치에 기초하여 이동자의 이동량을 영구자석의 피치 간격 단위로 멀티 턴을 감지할 수 있고, 이를 감지된 싱글 턴과 함께 고려하여 절대위치를 측정하는 엔코더를 구현할 수 있게 된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 절대위치 측정이 가능한 리니어 모터를 구성하는 엔코더 센서의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
엔코더 센서(128)는 이동자(110)의 싱글 턴을 감지할 수 있다. 따라서, 엔코더 센서(128)는 싱글 턴 엔코더라고도 한다.
구체적으로, 이동자(110)의 아래에 장착된 영구자석(N-S-N-S-N-S … 로 배치됨)의 자력을 아날로그로 읽을 수 있는 2개의 홀 센서를 N-S 자석 1쌍의 배치 거리(이를 피치 간격이라고 함)의 1/4 피치 거리에 배치하여 자력을 읽으면, 도 3에 도시된 바와 같다.
1 피치 거리를 이동하면 0~360도의 사인(sine) 곡선(310)과 90도 이동한 사인 곡선(320)의 쌍의 얻는다. 이 경우, 임의의 각도값에서 두 곡선(310, 320)의 높이를 읽으면, 0~360도 사이의 절대위치를 알 수 있게 된다.
싱글 턴은 피처 거리 안에서만 정확한 이동 거리를 알 수 있고, 피치 거리를 넘어가면 위치가 리셋된다. 따라서, 긴 이동 거리를 측정하려면 멀티 턴을 알아야 한다. 전력이 투입된 상태에서는 멀티 턴 개수를 메모리에 계속 기억할 수 있지만, 전력이 오프(off) 된 후 온(on) 되면 메모리에 저장된 데이터 값이 삭제되기 때문에 멀티 턴 센서가 필요하다.
따라서, 본 발명에서는 고정자(120) 상에 복수개의 홀 센서(124)를 배치하여 멀티 턴을 감지할 수 있게 하고, 홀 센서(124)의 배치 간격은 이동자(110)의 영구자석의 피치 간격으로 설정한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 절대위치 측정이 가능한 리니어 모터의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 리니어 모터(100)는 이동자(110)의 절대위치를 측정하기 위하여, 이동자(110)의 싱글 턴과 멀티 턴을 모두 감지한다.
엔코더 센서(128)는 이동자(110)의 싱글 턴을 감지할 수 있다. 싱글 턴(ST)은 각도로 감지된다(S401). 여기서, 각도는 0~360도 범위이다.
복수개의 홀 센서(124)는 이동자(110)의 멀티 턴을 감지할 수 있다. 멀티 턴(MT)은 횟수로 감지된다. 여기서, 횟수는 자연수이다. 1번째 홀 센서가 감지하는 멀티 턴은 MT=1로 설정하고(S402), i번째 홀 센서가 감지하는 멀티 턴은 MT=MT+1로 설정한다(S403).
리니어 모터(100)의 제어부는 서보모터 드라이브로부터 절대위치에 대한 데이터를 요구받는다(S404). 이 경우, 제어부는, 감지된 싱글 턴 및 멀티 턴에 대한 정보에 기초하여, 이동자(110)의 이동 거리를 계산한다(S405).
이동 거리는 다음 [식 1]에 의해 계산될 수 있다.
[식 1] 이동 거리 = MT X 피치 거리 + ang/360 X 피치 거리
이 경우, 제어부는 이동자(110)의 이동 거리에 기초하여 이동자(110)의 현재 위치를 판단할 수 있다.
제어부는 이동 거리를 리턴하여(S406), 이동자(110)를 시작점에 위치시킨다.
기존에는 이동자(110)의 멀티 턴을 감지할 수 있는 방법이 없었다. 따라서, 이동자(110)가 대략적으로 고정자(120)의 어느 정도(예를 들어, 몇 %)까지 진입되었는지 정도만 파악할 수 있었다. 예를 들어, 진행방향이 좌측에서 우측 방향이라고 할 때, 이동자(110)가 리니어 모터(100)의 30%까지 진입하였다는 것을 알 수 있을 뿐이다.
따라서, 전기가 오프(off)된 후 다시 온(on)되는 경우, 이동자(110)의 정확한 위치를 알고 싶으면 이동자(110)를 좌측에 배치된 엔코더 센서(128)의 위치까지 이동시킨 후 다시 우측으로 진입해야 정확한 위치를 알 수 있다.
반면, 본 발명은 멀티 턴을 감지하는 복수개의 홀 센서(124)가 피치 간격만큼 떨어져 있으므로, 전기가 오프(off)된 후 다시 온(on)되는 경우에도, 온 되는 홀 센서의 개수를 읽어서 이동자(110)를 이동하지 않고도 바로 이동자(110)의 정확한 위치를 알 수 있게 된다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 절대위치 측정이 가능한 리니어 모터의 동작 과정을 대략적으로 도시한 도면이다.
리니어 모터(100)는 복수개의 고정자(120)와 이동자(110)를 포함하여 구성될 수 있다. 이 경우, 이동자(110)는, 이동자(110)와 복수개의 고정자(120) 사이에 발생하는 자기력에 의해 복수개의 고정자(120)를 순차적으로 거치며 이동될 수 있다.
이의 대략적인 과정이 도 5에 도시되어 있다. 도 5는 대략적인 도면이므로, 자세한 도면부호는 도시하지 않았다.
좌측 도면을 참조하면, 이동자(110)는 좌측의 고정자(120) 상에 배치된다. 이 상태에서, 이동자(110)는 우측 방향으로 이송된다.
중앙의 도면을 참조하면, 이동자(110)는 좌측의 고정자(120)와 우측의 고정자(120) 상에 동시에 배치된다. 이 상태에서, 이동자(110)는 우측 방향으로 이송된다.
우측 도면을 참조하면, 이동자(110)는 우측의 고정자(120) 상에 배치된다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 의한 절대위치 측정이 가능한 리니어 모터의 동작방법은, 상기 리니어 모터가 코일을 포함하고, 복수개의 홀 센서가 소정 간격마다 연속적으로 배치되며, 좌우측 말단 각각에는 엔코더 센서가 각각 배치되는 고정자; 와, 복수개의 영구자석을 포함하고, 상기 고정자의 상단에 배치되어 상기 코일과 상기 복수개의 영구자석에 의해 발생하는 자기력에 의해 직선 운동을 수행하는 이동자; 를 포함하고, 상기 리니어 모터의 동작방법은, 상기 복수개의 홀 센서 각각의 위치를 상기 이동자의 멀티 턴 위치로 설정하고, 상기 엔코더 센서 각각의 위치를 상기 이동자의 싱글 턴 위치로 설정하는 단계; 와, 상기 리니어 모터에 전원이 인가되는 경우, 상기 복수개의 홀 센서 중에서 턴온 된 홀 센서들을 판단하고 이에 대응하는 멀티 턴 위치들을 특정하는 단계; 및, 싱글 턴 위치들과 특정된 상기 멀티 턴 위치들에 기초하여 상기 이동자의 절대위치를 판단하는 단계; 를 포함할 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른, 컴퓨팅 장치를 나타내는 도면이다. 도 6의 컴퓨팅 장치(TN100)는 본 명세서에서 기술된 리니어 모터(100) 일 수 있다.
도 6의 실시예에서, 컴퓨팅 장치(TN100)는 적어도 하나의 프로세서(TN110), 송수신 장치(TN120), 및 메모리(TN130)를 포함할 수 있다. 또한, 컴퓨팅 장치(TN100)는 저장 장치(TN140), 입력 인터페이스 장치(TN150), 출력 인터페이스 장치(TN160) 등을 더 포함할 수 있다. 컴퓨팅 장치(TN100)에 포함된 구성 요소들은 버스(bus)(TN170)에 의해 연결되어 서로 통신을 수행할 수 있다.
프로세서(TN110)는 메모리(TN130) 및 저장 장치(TN140) 중에서 적어도 하나에 저장된 프로그램 명령(program command)을 실행할 수 있다. 프로세서(TN110)는 중앙 처리 장치(CPU: central processing unit), 그래픽 처리 장치(GPU: graphics processing unit), 또는 본 발명의 실시예에 따른 방법들이 수행되는 전용의 프로세서를 의미할 수 있다. 프로세서(TN110)는 본 발명의 실시예와 관련하여 기술된 절차, 기능, 및 방법 등을 구현하도록 구성될 수 있다. 프로세서(TN110)는 컴퓨팅 장치(TN100)의 각 구성 요소를 제어할 수 있다.
메모리(TN130) 및 저장 장치(TN140) 각각은 프로세서(TN110)의 동작과 관련된 다양한 정보를 저장할 수 있다. 메모리(TN130) 및 저장 장치(TN140) 각각은 휘발성 저장 매체 및 비휘발성 저장 매체 중에서 적어도 하나로 구성될 수 있다. 예를 들어, 메모리(TN130)는 읽기 전용 메모리(ROM: read only memory) 및 랜덤 액세스 메모리(RAM: random access memory) 중에서 적어도 하나로 구성될 수 있다.
송수신 장치(TN120)는 유선 신호 또는 무선 신호를 송신 또는 수신할 수 있다. 송수신 장치(TN120)는 네트워크에 연결되어 통신을 수행할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예는 지금까지 설명한 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 상술한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 통상의 기술자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
100: 리니어 모터 110: 이동자
120: 고정자 122: 멀티 턴 감지 기판
124: 홀 센서 126: 엔코더 기판
128: 엔코더 센서

Claims (10)

  1. 절대위치 측정이 가능한 리니어 모터에 있어서,
    코일을 포함하고, 복수개의 홀 센서가 소정 간격마다 연속적으로 배치되며, 좌우측 말단 각각에는 엔코더 센서가 각각 배치되는 고정자;
    복수개의 영구자석을 포함하고, 상기 고정자의 상단에 배치되어 상기 코일과 상기 복수개의 영구자석에 의해 발생하는 자기력에 의해 직선 운동을 수행하는 이동자; 및,
    상기 복수개의 홀 센서 각각의 위치를 상기 이동자의 멀티 턴 위치로 설정하고 상기 엔코더 센서 각각의 위치를 상기 이동자의 싱글 턴 위치로 설정하며, 상기 리니어 모터에 전원이 인가되는 경우 상기 복수개의 홀 센서 중에서 턴온 된 홀 센서들을 판단하고 이에 대응하는 멀티 턴 위치들을 특정한 후, 싱글 턴 위치들과 특정된 상기 멀티 턴 위치들에 기초하여 상기 이동자의 절대위치를 판단하는 제어부; 를 포함하는,
    절대위치 측정이 가능한 리니어 모터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 소정 간격은,
    상기 복수개의 영구자석을 구성하는 N극과 S극 간의 피치간격인 것을 특징으로 하는,
    절대위치 측정이 가능한 리니어 모터.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 리니어 모터에 전원이 인가되는 경우 턴온 된 홀 센서들의 개수를 판단하고, 상기 턴온 된 홀 센서들의 개수와 상기 소정 간격의 단위에 기초하여 상기 고정자 상에서의 상기 이동자의 점유영역 및 시작 위치를 판단하는,
    절대위치 측정이 가능한 리니어 모터.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 이동자가 이동하는 경우 멀티 턴 횟수와 싱글 턴 횟수를 각각 판단하고, 상기 소정 간격의 단위로 상기 멀티 턴 횟수만큼 멀티 턴을 감지한 후, 상기 싱글 턴 횟수를 고려하여 상기 이동자의 절대위치를 판단하는,
    절대위치 측정이 가능한 리니어 모터.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    연속적으로 배치되는 상기 복수개의 홀 센서 중에서 중간 부분에 배치된 적어도 하나의 홀 센서가 턴오프 되는 경우, 상기 고정자 상에 배치된 상기 이동자의 개수가 2개인 것으로 판단하는,
    절대위치 측정이 가능한 리니어 모터.
  6. 절대위치 측정이 가능한 리니어 모터의 동작방법에 있어서,
    상기 리니어 모터는,
    코일을 포함하고, 복수개의 홀 센서가 소정 간격마다 연속적으로 배치되며, 좌우측 말단 각각에는 엔코더 센서가 각각 배치되는 고정자; 와,
    복수개의 영구자석을 포함하고, 상기 고정자의 상단에 배치되어 상기 코일과 상기 복수개의 영구자석에 의해 발생하는 자기력에 의해 직선 운동을 수행하는 이동자; 를 포함하고,
    상기 리니어 모터의 동작방법은,
    상기 복수개의 홀 센서 각각의 위치를 상기 이동자의 멀티 턴 위치로 설정하고, 상기 엔코더 센서 각각의 위치를 상기 이동자의 싱글 턴 위치로 설정하는 단계;
    상기 리니어 모터에 전원이 인가되는 경우, 상기 복수개의 홀 센서 중에서 턴온 된 홀 센서들을 판단하고 이에 대응하는 멀티 턴 위치들을 특정하는 단계; 및,
    싱글 턴 위치들과 특정된 상기 멀티 턴 위치들에 기초하여 상기 이동자의 절대위치를 판단하는 단계; 를 포함하는,
    절대위치 측정이 가능한 리니어 모터의 동작방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 소정 간격은,
    상기 복수개의 영구자석을 구성하는 N극과 S극 간의 피치간격인 것을 특징으로 하는,
    절대위치 측정이 가능한 리니어 모터의 동작방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 리니어 모터에 전원이 인가되는 경우 턴온 된 홀 센서들의 개수를 판단하고, 상기 턴온 된 홀 센서들의 개수와 상기 소정 간격의 단위에 기초하여 상기 고정자 상에서의 상기 이동자의 점유영역 및 시작 위치를 판단하는,
    절대위치 측정이 가능한 리니어 모터의 동작방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 이동자가 이동하는 경우 멀티 턴 횟수와 싱글 턴 횟수를 각각 판단하고, 상기 소정 간격의 단위로 상기 멀티 턴 횟수만큼 멀티 턴을 감지한 후, 상기 싱글 턴 횟수를 고려하여 상기 이동자의 절대위치를 판단하는,
    절대위치 측정이 가능한 리니어 모터의 동작방법.
  10. 제6항에 있어서,
    연속적으로 배치되는 상기 복수개의 홀 센서 중에서 중간 부분에 배치된 적어도 하나의 홀 센서가 턴오프 되는 경우, 상기 고정자 상에 배치된 상기 이동자의 개수가 2개인 것으로 판단하는,
    절대위치 측정이 가능한 리니어 모터의 동작방법.
KR1020220013638A 2022-01-28 2022-01-28 절대위치 측정이 가능한 리니어 모터 및 이의 동작방법 KR20230116560A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220013638A KR20230116560A (ko) 2022-01-28 2022-01-28 절대위치 측정이 가능한 리니어 모터 및 이의 동작방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220013638A KR20230116560A (ko) 2022-01-28 2022-01-28 절대위치 측정이 가능한 리니어 모터 및 이의 동작방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20230116560A true KR20230116560A (ko) 2023-08-04

Family

ID=87568642

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020220013638A KR20230116560A (ko) 2022-01-28 2022-01-28 절대위치 측정이 가능한 리니어 모터 및 이의 동작방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20230116560A (ko)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101841821B1 (ko) 2016-01-06 2018-03-26 김병기 2개의 절대형 엔코더를 이용한 절대위치 계측장치 및 계측방법

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101841821B1 (ko) 2016-01-06 2018-03-26 김병기 2개의 절대형 엔코더를 이용한 절대위치 계측장치 및 계측방법

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101971470B (zh) 使用磁场的位置测量
US8294391B2 (en) Moving body system and method of determining initial position of moving body
CN103959640B (zh) 线性电动机装置、线性电动机装置的控制方法
CN104205613B (zh) 用于确定电动机的位置的、尤其是在机动车的离合器操纵系统中的电动机的位置的方法和设备
JP6926209B2 (ja) 距離センサ
CN101971471A (zh) 使用磁场的位置测量
CN102804566B (zh) 动磁式直线电动机用的位置检测装置
KR101087600B1 (ko) 이동체 시스템
JP5443718B2 (ja) リニアモータシステム及び制御装置
TWI400590B (zh) Mobile system
KR101266310B1 (ko) 이동체 시스템 및 이동체의 위치 검출 방법
US9013196B2 (en) Electric machine
CN106256083A (zh) 用于识别电动机的转子位置的方法、用于确定电动机的转子位置的靶标和电动机
JP6206458B2 (ja) 移動体、及び、移動体の位置検出方法
KR101050164B1 (ko) 리니어 모터 및 그 제어방법
CN109422079B (zh) 输送系统
CN109478066A (zh) 移动机器人以及控制方法
CN107810389B (zh) 带有检测设备的驱动装置和方法
CN115917943B (zh) 用于控制平面驱动系统的方法以及平面驱动系统
KR20230116560A (ko) 절대위치 측정이 가능한 리니어 모터 및 이의 동작방법
JP2023503812A (ja) 固定ユニットに対して相対的な可動ユニットの位置計測
WO2019084807A1 (zh) 电机的机械位置获取方法和装置
US7908762B2 (en) Device for measuring the relative position of a material measure and a reading head
JP5666103B2 (ja) 位置検出センサ
CN103808244A (zh) 一种用于位置测量的磁编码器

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application