Recently, the evolution in production techniques (e.g. high-speed milling), the complex shapes involved in modem production design, and the ever increasing pressure for higher productivity demand a drastic improvement of the dynamic behavior of the machine tool axes used in production machinery. And also machine tools of multi functional and minimized parts are increasingly required as demand of higher accurate in some fields such as electronic and optical components etc. The accuracy and the productivity of machined parts are natural to depend on the linear system of machine tools. The complex workpiece surfaces encountered in present-day products and generated by CAD systems are to be transformed into tool paths for machine tools. The more complex these tool paths and the higher the speed requirements, the higher the acceleration requirements are needed to the machine tool axes and the motion control system, and the more difficult it is to meet the requirements. The traditional indirect drive design for high speed machine tools, which consists of a rotary motor with a ball-screw transmission to the slide, is limited in speed, acceleration, and accuracy. The direct drive design of machine tool axes. which is based on linear motors and which recently appeared on the market. is a viable candidate to meet the ever increasing demands, because of these advantages such as no backlash, less friction, no mechanical limitations on acceleration and velocity and mechanical simplicity. Therefore performance tests were carried out to machine tool axes based on linear motor. Especially, dynamic characteristics were investigated through circular test.
겐트리형 리니어 모터의 주행 축은 동기화가 필수적이며 그렇지 못할 경우에는 위치의 어긋남이나 불안정한 동작으로 인해 동기오차가 발생하며 이는 고속 고정밀 선형운동에 악영향을 미친다. 또한 두 리니어모터의 축은 로터리 모터와 달리 동력 전달장치를 제거함으로 인해 모델의 불확실성이나 외란에 민감할 뿐만 아니라 마찰과 리플의 특성에 쉽게 영향을 받는다. 본 논문은 겐트리형 리니어 모터의 주행 축을 대상으로 위치제어에 악영향을 주는 대표적인 비선형 함수인 마찰력과 리플력을 추정하여 보상하며 두 축간의 동기오차를 줄이기 위해 동기제어 알고리즘을 설계하였다. 제안된 비선형 적응제어기는 모의실험을 통하여 성능을 검증하였다.
본 논문은 유도전동기의 제어에 있어서 성능향상을 위하여 가중치를 도입한 새로운 적분제어기법을 제안하여 $H_{\infty}$ T-S 퍼지제어기와 함께 사용하였다. $H_{\infty}$ T-S퍼지제어기는 유도전동기의 비선형성과 강인성을 위하여 사용되었고 가중치를 도입한 적분제어기는 추적문제를 조정기문제로 바꾸어 줌과 동시에 제어성능을 향상시키기 위해서 사용되었다. $H_{\infty}$ T-S퍼지제어기는 국부선형모델을 기반으로 구해지는 국부선형제어기 들의 선형결합으로 구성되며 각각의 국부 선형제어이득들은 LMI(Linear Matrix Inequlity)를 이용하여 계산된다. 본 논문에서는 가중치에 따라 결정되는 다양한 LMI해의 선택을 가능하게 함으로써 제어성능을 향상시켰다.
직선형 진동모터가 휴대전화의 알림용이나 햅틱 인터페이스의 구동기로 적용되려면 빠른 응답속도와 긴 수명을 제공하여야 한다. 본 논문에서는 기존 직선형 진동모터를 개선하여 보이스 코일 구동기와 영구자석 스프링을 이용한 직선형 진동모터를 제시하고, 설계 제작하여 그 가능성을 검증하였다. Halbach 배열의 영구자석에 의해 구동되는 보이스 코일 구동기와 영구자석 간의 반발력을 이용하는 영구자석 스프링을 해석하고 설계하기 위해, 등가전류판 방법과 이미지 방법을 사용하였고, 방법의 적절성을 유한요소해석을 통해 검증하였다. 시작품 모터를 설계하고 제작하고, 실험을 통해 진동모터의 특성을 확인하였다.
본 논문에서는 별도의 외부 격리 구조물이나 추가 모터가 필요 없는 XY 선형 모션 스테이지를 위한 반발력 보상 시스템을 개발하였다. 개발된 시스템은 이동 가능한 마그넷 트랙, 스프링, 추가 질량을 포함한 자체 반발력 보상 구조를 가지고 있으며 이송용 모터 코일과 마그넷 트랙의 상대 위치를 검출할 수 있는 전용 센서를 개발하여 고정밀 추력 및 위치를 제어에 적용하였다. 먼저 반발력 보상 시스템을 모델링하고 모의 시험을 통해 이동 거리, 가속도, 하중, 허용 가능한 장비 크기와 같은 설계 요소를 최적화 하였다. 반발력 보상 시스템이 구비된 XY 모션 스테이지를 제작하였으며, 해당 시스템의 성능을 실험적으로 검증하였다. 실험결과 10m/$s^2$ 가감속 시에 85%의 반발력이 반발력 보상 시스템에 의해 흡수되었다.
In recent years, research to machine large-surface micro-features has become important because of the light guide panel of a large-scale liquid crystal display and the bipolar plate of a high-capacity proton exchange membrane fuel cell. In this study, in order to realize the systematic design technology and performance improvements of an ultra-precision machine for machining the large-surface micro-features, a structural characteristic analysis was performed using its virtual prototype. The prototype consisted of gantry-type frame, hydrostatic feed mechanisms, linear motors, brushless DC servo motor, counterbalance mechanism, and so on. The loop stiffness was estimated from the relative displacement between the tool post and C-axis table, which was caused by a cutting force. Especially, the causes of structural stiffness deterioration were identified through the structural deformation analysis of sub-models.
Pulse tube refrigerator, which has no moving parts at its cold section, is attractive fer obtaining higher reliability, simpler construction and lower vibration than Stilting refrigerator or Gifford-McMahon refrigerator. Commonly used means to achieve optimum performance of Stilting type pulse tube refrigerator is an inertance tube. The use of inertance tube is a simple way to generate the phase shift needed to make pulse tube refrigerator operate as efficiently as Stilting refrigerator. In this study, the performance of the inertance pulse tube refrigerator (IPTR) was investigated experimentally. An in-line type IPTR consists of a linear compressor with two reciprocating pistons driven by linear motors, which makes pressure waves, a regenerator a pulse tube with the inertance tube, and a reservoir, The dynamic pressures (the compressor, pulse tube, reservior) and the temperature at the cold heat exchanger are measured to explore the dependence of the inertance tube on the performance of the IPTR. The experimental results show the dependency of cool-down characteristics, no-load temperature and amplitude of the pressures on the length and diameter of the inertance tube.
Shrink fitting which is assembling process to fix stator core on the motor frame is widely used at the mass production line of motors because of cost and productivity. This process produces compressive stress on a stator core, which causes negative effect for example, core and copper losses on motor performance. Magnetic properties of electrical steel are effected by both compressive and tensile and thermal stresses. Electromagnetic field analysis is considered one of the effective process since one can predict motor performance including core loss precisely. This method can consider non linear magnetic property with magnetic saturation which is typical electrical steel behavior. However this method is strongly depended on non linear magnetic data, one may have different calculation result whether considering mechanical stress or not. This study describes magnetic field analysis of a motor considering mechanical stress from shrink fitting. Analysis results are compared with each stress-free and stressed condition.
In this paper, we describe the optimal driving method and magnetic flux distribution of permanent magnet which enhance torque characteristics in small-sized 3-phase brushless DC motors. The disadvantages of conventional $120^{\circ}$ constant current drive method are torque ripple, switching noise and spike voltage due to the inductance of stator coil. This shortcommings can be avoided by the switching slew-rate of driving current which is called linear voltage driving method. The aim of this study is to analyze linear voltage driving method quantatively and to determine optimal drive current waveform through computer simulation. The selection of commutation angle and slew rate of a new driving current at switching instants makes torque ripple index minimize and average torque maximize. And the validity of this new driving method was assured by Fourier analysis. Considering two dimensional nonlinear magnetic flux distribution on the permanent magnet, we suggest optimal flux distribution according to the presented driving method which improves torque characteristics.
A piezoelectric ultrasonic linear motor shaped with 'Butterfly' wings has been developed for thin electronics such as cellular phone and PDA. The butterfly piezoelectric transducer is simply composed of an elastic plate, which includes a tip for energy transfer and two protrusions to fix it, and two piezoelectric ceramics. Contact materials, such as a brass, and steel and alumina can make it possible to improve dynamic properties of the motors over a wide range of tribological conditions. The dynamic properties of the motor have been intensively measured and analyzed according to the applied voltage wave forms at the various frequencies. The results of numerical study and experimental investigation will be used for the future optimization of the actuator and the realization of the advanced ultrasonic motor.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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