[논문]솔레노이드의 고속응답특성에 관한 연구

조용덕; 유승열

솔레노이드의 고속응답특성에 관한 연구
A Study on High-Speed Response Characteristics of a Solenoid 원문보기

반도체디스플레이기술학회지 = Journal of the semiconductor & display technology, v.9 no.2, 2010년, pp.27 - 31

조용덕 (한국기술교육대학교 기계정보공학부) , 유승열 (한국기술교육대학교 기계정보공학부)

Abstract ▼ AI-Helper

A solenoid actuator characterized by low price, available small size, and convenience is one of the main components of production equipments requiring compact, high-speed actuators. When the response needs to be under few milli-seconds, sensing the position of the actuator is much harder because of the inherent low inertia. Improvement of the required performance of these actuators can be obtained by the simulation using a mathematical model. In this study, the mathematical model is presented and proved by comparing the responses of the actual solenoid and of the simulation. The position of the actual solenoid was measured by the eddy current sensor. The simulation was executed using SIMULINK$^{(R)}$.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구는 초고속 솔레노이드의 특성을 파악하기 위하여 다양한 실험을 하였으며 이와 동시에 모델링을 세워 비교하여 특성을 파악하였다. Power Source의 전류제어는 전압제어 보다 솔레노이드 복귀를 앞당겼으며, 강자성체인 코어는 입력 값에 의해 솔레노이드 자기흡인력이 지수적으로 증가함을 알 수 있었다.
솔레노이드는 활용도에 비해 그 이론적인 부분에 있어서 일반화된 수식이나 실제 솔레노이드에 적용할 수 있는 모델식들이 부족한 실정에 있다. 본 연구에서는 최적화된 솔레노이드 모델이 적용된 Simulation 결과와 실제 솔레노이드를 실험하여 두 가지의 결과를 비교함으로써 최적화된 모델식을 제시하고, 산업현장에 사용될 수 있도록 하고자 한다.

제안 방법

본 실험결과는 같은 실험방법과 조건에 준하여 Voltage Mode, Current Mode, Simulation 의 결과를 차례대로 나열하였다.
솔레노이드의 변위는 Eddy Current Sensor를 사용하여 측정하였으며 이것은 솔레노이드 코어에 부하를 줄이기 위해서 비접촉식 측정방법을 선택한 것이다. 상위 제어기로서 실시간 제어가 가능한 XPC를 통해 데이터 수집 및 제어를 하였다. x의 변위는 최대 0.

대상 데이터

본 실험에서 사용된 Driver는 전압 및 전류 소스로 사용이 가능하여 솔레노이드 입력에 두가지를 모드를 사용하여 실험하였다. 스프링 상수 k=0.
5 mm로 제한하였다. 본 실험에서 사용한 솔레노이드 모델명은 M-140C-6V 이다.
2 ms 이다. 사용된 위치 측정센서(Eddy Current Sensor)의 분해능은 50 nm 이며 측정범위는 1 mm 이다.
실험에서 사용된 솔레노이드의 코어는 강자성체이며, 전류가 인가되었을 때 코일의 자계에 의하여 코어는 자화가 된다. 자기이력 히스테리시스 곡선에서 외부자계에 의해서 코어의 자화는 증가하게 된다.
모든 공정에서 사용하는 액츄에이터는 생산량 이상의 고속 및 고정밀의 응답성을 필요로 한다. 이를 구현하기 위해 고려한 세가지 액츄에이터는 솔레노이드(Solenoid), 보이스코일모터(Voice Coil Motor), 피에조모터(Piezo Motor)이다. 그 중에서 솔레노이드는 가격이 저렴하며 소형이며 쉽게 구할 수 있다는 장점이 있으며, 장비에 쉽게 활용할 수 있으므로 차량용과 산업용에 많이 쓰이고 있다.

이론/모형

Driver를 통해 전압 및 전류로 제어가 가능하다. 솔레노이드의 변위는 Eddy Current Sensor를 사용하여 측정하였으며 이것은 솔레노이드 코어에 부하를 줄이기 위해서 비접촉식 측정방법을 선택한 것이다. 상위 제어기로서 실시간 제어가 가능한 XPC를 통해 데이터 수집 및 제어를 하였다.

성능/효과

본 연구는 초고속 솔레노이드의 특성을 파악하기 위하여 다양한 실험을 하였으며 이와 동시에 모델링을 세워 비교하여 특성을 파악하였다. Power Source의 전류제어는 전압제어 보다 솔레노이드 복귀를 앞당겼으며, 강자성체인 코어는 입력 값에 의해 솔레노이드 자기흡인력이 지수적으로 증가함을 알 수 있었다. 실험결과와 도출된 수식모델의 simulation결과가 비교적 잘 일치 하였다.

후속연구

초고속 솔레노이드에서 Hold 전압 및 전류에 따라 응답시간이 달라지는 특성에 대한 연구는 향후 수행할 예정이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	일반적으로 말하는 솔레노이드란 무엇인가?	일반적으로 솔레노이드는 코일에 전류를 인가시켜 자기에너지를 변환시킨 다음 기계적인 에너지의 형태로 사용할 수 있는 장치를 말한다. 초고속 솔레노이드는 응답시간이 3 ms 이하인 솔레노이드를 말하며 응답시간은 크게 전류가 인가되었을 때부터 Fig.
	모든 공정에서 사용하는 액츄에이터가 필요로 하는 특성은?	부품의 생산성 향상과 동시에 품질보장을 하기 위해서는 생산장비의 핵심 부품중의 하나로써 초소형/초고속 액츄에이터가 중요하다. 모든 공정에서 사용하는 액츄에이터는 생산량 이상의 고속 및 고정밀의 응답성을 필요로 한다. 이를 구현하기 위해 고려한 세가지 액츄에이터는 솔레노이드(Solenoid), 보이스코일모터(Voice Coil Motor), 피에조모터(Piezo Motor)이다.
	생산량 이상의 고속 및 고정밀의 응답성을 구현하기 위해 고려한 액츄에이터 중 가격이 저렴하며 소형이며 쉽게 구할 수 있고 장비에 쉽게 활용할 수 있어 차량용과 산업용으로 많이 쓰이고 있는 것은 무엇인가?	이를 구현하기 위해 고려한 세가지 액츄에이터는 솔레노이드(Solenoid), 보이스코일모터(Voice Coil Motor), 피에조모터(Piezo Motor)이다. 그 중에서 솔레노이드는 가격이 저렴하며 소형이며 쉽게 구할 수 있다는 장점이 있으며, 장비에 쉽게 활용할 수 있으므로 차량용과 산업용에 많이 쓰이고 있다. 솔레노이드는 활용도에 비해 그 이론적인 부분에 있어서 일반화된 수식이나 실제 솔레노이드에 적용할 수 있는 모델식들이 부족한 실정에 있다.

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상세보기
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