KR20240009749A - 편심캠을 이용한 모터 구동 제어장치 및 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 편심캠을 이용한 모터 구동 제어장치 및 제어방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 모터의 동력으로 회전되는 회전축에 연결되어 회전축의 회전과 연동되는 편심캠과, 상기 편심캠의 회동을 검출하는 감지 센서를 이용하여, 상기 회전축에 연결되어 구동되는 회동부재의 회동구간(각도)에 따라 모터의 구동전류가 증감되도록 제어하여, 회동부재의 회동 과정에서 회동구간에 따라 회동부재에 인가되는 외적 부하가 변경되는 경우에도, 회동부재의 회전속도를 항상 일정하게 유지할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 편심캠을 이용한 모터 구동 제어장치 및 제어방법에 관한 것이다.

Description

편심캠을 이용한 모터 구동 제어장치 및 제어방법{A motor control device using an eccentric cam and the control method thereof}

본 발명은 편심캠을 이용한 모터 구동 제어장치 및 제어방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 모터의 동력으로 회전되는 회전축에 연결되어 회전축의 회전과 연동되는 편심캠과, 상기 편심캠의 회동을 검출하는 감지 센서를 이용하여, 상기 회전축에 연결되어 구동되는 회동부재의 회동구간(각도)에 따라 모터의 구동전류가 증감되도록 제어하여, 회동부재의 회동 과정에서 회동구간에 따라 회동부재에 인가되는 외적 부하가 변경되는 경우에도, 회동부재의 회전속도를 항상 일정하게 유지할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 편심캠을 이용한 모터 구동 제어장치 및 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로 엔코더는 빛의 슬릿 통과 여부를 감지하여 모터의 회전방향과 회전수를 검출하기 위한 장치로서, 통상 회전운동을 하는 정밀기기에는, 모터를 정밀하게 제어하기 위한 수단으로 엔코더가 구비된다.

즉, 엔코더는 모터의 회전축에 결합되어 일체로 회전하는 회전판과, 회전판에 원주방향으로 간격을 두고 천공된 복수의 슬릿을 통해 통과되는 빛을 감지하여, 감지된 빛의 세기에 대응하는 펄스 파형을 출력하는 센서부로 이루어지는데, 이와 같은 엔코더의 원리를 이용하여 모터의 회전속도를 산출하고, 이렇게 산출된 모터의 회전속도에 따라 모터의 구동을 제어하는 다양한 방법이 제시되고 있다.

일예로, 한국공개특허 제10-2005-0104975호에서는, 열전사방식의 인쇄장치에 적용되는 모터의 구동을 제어함에 있어서, 사전에 설정된 모터의 기준속도와 엔코더를 통해 산출되는 모터 속도 간의 비교를 통해, 엔코더로부터 측정되는 모터의 속도가 사전 설정된 기준속도보다 크거나 작은 경우, 모터에 인가되는 전류를 조정하여 모터의 속도변동을 실시간으로 제어하는 기술을 개시하고 있다.

그런데, 상술한 제104975호 특허와 같은 종래 기술의 경우, 모터의 분당 회전수 등과 같은 전반적인 모터 속도의 조절을 위해서는 용이하게 활용될 수 있으나, 모터의 회전축에 연결되어 구동되는 회동부재에 회동반경에 따른 외적 부하가 작용하게 되는 경우, 회동부재에 인가되는 외적 부하에 상관없이 회동부재의 회전속도가 항상 일정하게 유지되도록 제어하기에는 상당한 어려움이 따르게 되고, 설사 이와 같은 제어 시스템을 구현한다 하더라도, 그를 위해서는 상당한 고해상도의 엔코더가 필수적으로 요구되고, 그에 따라 제어 장치 구성을 위한 제조 단가가 상승함과 동시에, 신호 처리를 위한 별도의 하드웨어가 요구되는 등 전반적인 원가 상승의 요인이 된다.

1. 한국공개특허공보 제10-2005-0104975호(공개일 : 2005.11.03.) "인코더를 이용한 열전사헤드와 모터의 제어방법 및 장치"

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 모터의 동력으로 회전되는 회전축에 연결되어 회전축의 회전과 연동되는 편심캠과, 상기 편심캠의 회동을 검출하는 감지 센서를 이용하여, 상기 회전축에 연결되어 구동되는 회동부재의 회동구간(각도)에 따라 모터의 구동전류가 증감되도록 제어하여, 회동부재의 회동 과정에서 회동구간에 따라 회동부재에 인가되는 외적 부하가 변경되는 경우에도, 회동부재의 회전속도를 항상 일정하게 유지할 수 있도록 구성되는 편심캠을 이용한 모터 구동 제어장치 및 제어방법을 구현하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명에서는, 편심캠을 이용하여 모터의 구동을 제어하는 장치에 있어서, 모터의 동력을 전달받아 회동부재를 회동시키는 회전축에 연결되어, 상기 회전축의 회전과 연동되는 편심캠; 상기 편심캠의 회전반경 일측에 구비되어, 상기 편심캠의 회동을 검출하는 감지 센서; 및 상기 감지 센서로부터 감지된 센서 신호에 따라 모터의 구동을 제어하는 제어부;를 포함하여 구성되어, 상기 감지 센서를 통해 감지되는 센서 신호에 따라 상기 모터에 인가되는 구동 전류를 증감하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 편심캠을 이용한 모터 구동 제어장치를 제공한다.

본 발명에 따른 편심캠을 이용한 모터 구동 제어장치는 회전축의 회전과 연동되는 편심캠의 회동을 검출하는 감지 센서를 이용하여, 회전축에 연결되어 구동되는 회동부재의 회동구간(각도)에 따라 모터의 구동 전류가 증감되도록 제어함으로써, 편심캠과 감지 센서의 조합을 통한 간단한 구조만으로 회동부재의 회동 과정에서 회동부재에 인가되는 외적 부하로 인한 회전속도의 변동을 용이하게 보정하여, 회동부재의 회전속도를 항상 일정하게 유지함으로써, 회전 구동 장치의 동작 신뢰성과 정확도를 효과적으로 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 편심캠을 이용한 모터 구동 제어장치의 구성을 개략적으로 보여주고 있는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 편심캠을 이용한 모터 구동 제어장치를 통해 모터의 구동을 제어하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 이하에서는 도면을 참고하여 본 발명의 특정 실시예들에 대하여 상세히 설명하지만, 본 발명은 그 요지를 이탈하지 않는 한 이하의 실시예에 한정되지 않는다.

도 1은 본 발명에 따른 편심캠을 이용한 모터 구동 제어장치의 구성을 개략적으로 보여주고 있는 도면이며, 도 2는 본 발명에 따른 편심캠을 이용한 모터 구동 제어장치를 통해 모터의 구동을 제어하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 편심캠을 이용한 모터 구동 제어장치는, 모터(10)의 동력으로 회전되는 회전축(20)에 연결되어, 회전축(20)의 회전과 연동되는 편심캠(100), 상기 편심캠(100)의 회전반경 일측에 구비되어, 상기 편심캠(100)의 회동을 검출하는 감지 센서(200) 및 상기 감지 센서(200)로부터 감지된 센서 신호에 따라 모터(10)의 구동 전류를 제어하는 제어부(미도시)를 포함하여 구성된다.

즉, 이러한 구성을 통해, 본 발명에 따른 편심캠을 이용한 모터 구동 제어장치는, 회전축(20)의 회전과 연동되는 편심캠(100)과, 상기 편심캠(100)의 회동을 검출하는 감지 센서(200)를 통해, 상기 회전축(20)에 연결되어 구동되는 회동부재(31)의 회동 과정에서, 회동구간(각도)에 따라 회동부재(31)에 외적 부하가 인가되는 구간을, 상기 회동부재(31)와 연동되는 편심캠(100)의 회동을 통해 검출하고, 검출된 센서 신호에 따라 모터(10)의 구동 전류를 조절함으로써, 회동부재(31)의 회전속도를 항상 일정하게 유지하여 구동할 수 있다.

이를 보다 구체적으로 살펴보기 위해, 도 2를 참조하면, 도 2는 본 발명에 따른 편심캠을 이용한 모터 구동 제어장치를 통해 모터의 구동을 제어하는 과정을 설명하기 위한 도면으로서, 도 2에 도시된 바와 같이, 모터(10)의 회전축(20)에 연결되어 회전하는 회전체(30)의 일측에는 회동부재(31)가 구비되어, 모터(10)의 구동에 의해 회동하여 작업을 수행하게 되는데, 이때, 상술한 회동부재(31)는, 그 작업 수행 과정에서 회동구간(각도)에 따라 외부 객체(40)와의 접촉 등에 의해 회전속도의 저하를 유발하는 외적 부하를 받을 수 있게 된다.

예로써, 금융자동화기기에 적용되는 매체 조출 장치의 경우, 매체 조출 시 모터의 동력에 의해 픽업롤러, 피드롤러, 시트롤러 등 다양한 롤러가 회전하면서 매체 카세트 내부에 집적된 매체를 분리하여 조출하게 되는데, 이러한 매체 조출과정에서 모터에 의해 구동되는 롤러가 매체와 직접 접촉하게 되는 경우, 매체와의 마찰로 인해 롤러에 회전속도의 저하를 유발하는 외적 부하가 인가되게 되고, 그에 따라 모터의 회전력이 저하되어 회전속도가 순간적으로 감속되는 경우가 발생할 수 있으며, 이와 같이 롤러의 회전속도가 일정하게 유지되지 않는 경우, 조출 간격 오류로 인한 잼(jam), 스큐(skew) 또는 이송 간격 오류 등과 같은 동작 오류가 발생하게 되어, 결과적으로 금융자동화기기의 장애 발생 원인이 된다.

이를 위해 본 발명에서는, 앞서 설명한 바와 같이, 모터(10)의 회전축(20)에 연결되어 회동하는 회동부재(31)와 동일축 상에서 회동하는 편심캠(100)을 구비하고, 상기 편심캠(100)의 회전반경 일측에는 감지 센서(200)를 구비하도록 구성하여, 회동부재(31)의 회동과정에서 회동부재(31)에 회동반경에 따른 외적 부하가 인가되는 구간에서, 상기 회동부재(31)와 연동되는 편심캠(100)이 상기 감지 센서(200)와 접촉되도록 구성함으로써, 이를 통해 감지 센서(200)에서 편심캠(100)의 접촉 여부를 감지하여, 상기 회동부재(31)에 외적 부하가 인가되는 회동구간을 검출하고, 검출된 센서 신호에 따라 해당 구간에서의 모터(10)의 구동 전류 세기를 일정 부분 증가시켜, 회동부재(31)에 인가되는 외적 부하에 상관없이 회동부재(31)의 회전속도가 항상 일정하게 유지되도록 지원한다.

즉, 도 2의 (a)에서와 같이, 편심캠(100)은 회전체(30)의 일측에 구비되는 회동부재(31)와 동일축 상에 구비되어, 회전축(20)의 회전에 따라 회동부재(31)와 편심캠(100)이 연동 회전하게 되는데, 이때, 도 2의 (b) 및 (c)에 도시된 바와 같이, 외부 객체(40)와의 접촉으로 인해 회동부재(31)에 외적 부하가 발생하는 소정의 회동구간에서, 감지 센서(200)를 통해 편심캠(100)의 접촉을 감지하도록 구성하여, 감지 센서(200)로부터 감지된 센서 신호에 따라 모터(10)의 구동 전류를 증감시키도록 제어하게 된다.

다시 말해서, 본 발명은, 편심캠(100)의 접촉 여부를 감지하는 감지 센서(200)를 통해, 회동부재(31)의 회동과정에서 회동구간(각도)에 따라 회동부재(31)에 외적 부하가 인가되는 구간을 검출하여, 검출된 센서 신호에 따라 모터(10)의 구동 전류를 제어하도록 구성함으로써, 편심캠(100)과 감지 센서(200)의 조합을 통한 간단한 구조만으로, 회동부재(31)에 인가되는 외적 부하로 인한 회전속도의 변동을 용이하게 보정하여, 회동부재(31)의 회전속도를 항상 일정하게 유지함으로써, 회전 구동 장치의 동작 신뢰성과 정확도를 효과적으로 향상시킬 수 있다.

여기서, 도면에서는 일측이 돌출된 형상으로 이루어진 편심캠(100)을 예시적으로 보여주고 있으나, 외적 부하가 적용되는 구간에 따라 양측이 돌출되는 형태의 편심캠 등 다양한 형상의 편심캠이 적용될 수 있음은 물론이다.

이때, 편심캠(100)의 회동을 검출하는 감지 센서(200)는, 상기 편심캠(100)의 회전반경 일측에 구비되어 상기 편심캠(100)과의 접촉을 감지하기 위한 센서로서, 탄성 재질의 터채패드 또는 마이크로스위치 등으로 구성될 수 있다.

또한, 상술한 감지 센서(200)가, 회동부재(31)의 회동과정에서 상기 회동부재(31)에 외적 부하가 인가되는 구간에 대응하여 편심캠(100)과 접촉될 수 있도록, 편심캠(100) 및 감지 센서(200)의 상대적 위치를 사전에 적절하게 설정할 수 있음은 물론이다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 편심캠을 이용한 모터 구동 제어장치는, 모터의 동력으로 회전되는 회전축에 연결되어 회전축의 회전과 연동되는 편심캠과, 상기 편심캠의 회동을 검출하는 감지 센서를 이용하여, 상기 회전축에 연결되어 구동되는 회동부재의 회동구간(각도)에 따라 모터의 구동전류가 증감되도록 제어하여, 회동부재의 회동 과정에서 회동구간에 따라 회동부재에 인가되는 외적 부하가 변경되는 경우에도, 회동부재의 회전속도를 항상 일정하게 유지할 수 있다.

또한, 이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백하다 할 것이다.

10 : 모터 20 : 회전축
30 : 회전체 31 : 회동부재
40 : 외부 객체 100 : 편심캠
200 : 감지 센서

Claims (6)

1. 편심캠을 이용하여 모터의 구동을 제어하는 장치에 있어서,
   모터의 동력을 전달받아 회동부재를 회동시키는 회전축에 연결되어, 상기 회전축의 회전과 연동되는 편심캠;
   상기 편심캠의 회전반경 일측에 구비되어, 상기 편심캠의 회동을 검출하는 감지 센서; 및
   상기 감지 센서로부터 감지된 센서 신호에 따라 모터의 구동을 제어하는 제어부;
   를 포함하여 구성되어,
   상기 감지 센서를 통해 감지되는 센서 신호에 따라 상기 모터에 인가되는 구동 전류를 증감하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 편심캠을 이용한 모터 구동 제어장치.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 감지 센서는,
   탄성 재질의 터치패드 또는 마이크로스위치로 이루어지는 것을 특징으로 하는 편심캠을 이용한 모터 구동 제어장치.
   
3. 제 1항에 있어서,
   상기 편심캠은,
   일측 또는 양측이 돌출된 형태로 편심된 것을 특징으로 하는 편심캠을 이용한 모터 구동 제어장치.
   
4. 제 1항에 있어서,
   상기 편심캠과 감지 센서의 상대적 위치는,
   상기 회동부재에 외적 부하가 인가되는 구간에 대응하여 사전 설정되는 것을 특징으로 하는 편심캠을 이용한 모터 구동 제어장치.
   
5. 회동부재를 구동하는 모터의 회전축에 구비되는 편심캠을 이용하여 모터의 동작을 제어하는 방법에 있어서,
   상기 편심캠의 일측에 구비되는 감지 센서를 통해 상기 회동부재와 연동되는 편심캠의 회동을 검출하고,
   상기 감지 센서로부터 검출된 센서 신호에 따라 모터의 구동 전류가 증감되도록 제어함으로써,
   회동부재의 회동 과정에서, 회동부재에 인가되는 외적 부하에 대응하여, 회동부재를 회동시키는 모터의 구동력을 조절하는 것을 특징으로 하는 편심캠을 이용한 모터 구동 제어방법.
   
6. 제 5항에 있어서,
   상기 감지 센서는,
   상기 편심캠의 회동을 통해, 상기 회동부재의 회동과정에서 상기 회동부재에 외적 부하가 인가되는 구간을 검출하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 편심캠을 이용한 모터 구동 제어방법.