KR20110023329A - 선형 모터 시스템 및 그 반발력 보상방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 선형 모터 시스템 및 그 반발력 보상방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 선형 모터 시스템은 베이스 상에 설치되어 이동대상을 선형이동시키는 이동자와; 상기 베이스 상에 설치되어 상기 이동자의 선형이동에 필요한 추력을 제공하는 이송용 모터 코일과; 상기 베이스 상에 설치되어 상기 이동자의 선형이동에 따라 선형이동을 수행하는 자석 트랙과; 상기 이동자의 선형이동을 가이드하는 이동자 가이드부와; 상기 자석 트랙의 선형이동을 가이드하는 자석 트랙 가이드부와; 상기 베이스의 일측에 설치되어, 상기 이동자의 선형이동에 의해 발생되는 진동을 제거하는 와전류 이용 감쇄기 및 상기 자석 트랙과 연결되는 수동 제진 기구를 포함하는 제진부와; 상기 이동자의 위치에 따른 엔코더 신호를 생성하는 이동자 엔코더 및 상기 자석 트랙의 위치에 따른 엔코더 신호를 생성하는 자석 트랙 엔코더를 포함하는 엔코더부와; 상기 이동자 엔코더와 상기 자석 트랙 엔코더와의 상대위치에 기초하여 상기 이송용 모터 코일을 구동하는 상기 구동부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의하여, 모터 내부에서 자체적으로 반발력을 상쇄할 수 있고, 구조를 단순화하면서도 소형화가 가능하며, 회전 모멘트를 발생시키지 않고, 능동적인 제진을 수행할 수 있으며, 고도의 정밀한 모션제어가 가능하다.
선형 모터, 반발력, 제진

Description

선형 모터 시스템 및 그 반발력 보상방법{LINEAR MOTOR SYSTEM AND REACTION FORCE COMPENSATION METHOD THEREOF}
본 발명은 선형 모터 시스템 및 그 반발력 보상방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 이동자의 이동에 의해 발생하는 진동을 상쇄하는 선형 모터 시스템 및 그 반발력 보상방법에 관한 것이다.
선형 모터 시스템은 모터 및 모터에 의해 회동하는 볼스크류와, 볼스크류의 회동에 따라 이동자(Mover)가 가이드레일을 이동함으로써 이동대상을 수평 또는 수직방향으로 직선운동시킨다.
선형 모터 시스템은 일렬로 배열된 자석 사이에 위치한 코일에 전류를 흐르게 함으로써 힘을 얻도록 하는 구동장치이다. 회전방향으로 무한 연속운전을 하여 회전 운동력을 발생시키는 종래의 일반형 모터 시스템과 비교하여 선형 모터 시스템은 직선방향으로 미는 추력을 발생시키는 점에서 차이가 있으며, 일반 회전형 모터에 비해 직선 구동력을 직접 발생시키는 특유의 장점이 있으므로 직선 구동력이 필요한 시스템에서 회전형에 비해 성능이 절대적으로 우세하다.
리니어 모터를 응용하는 경우는 직접 구동식이므로 기존 회전형 모터 응용 시스템에 비하여 구조가 매우 간단하고 차지하는 공간이 적으며, 비접촉식이므로 소음 및 마모가 없어 반영구적으로 사용할 수 있다. 일반적으로 리니어 모터는 회전형 모터에 비해서 성능면에서는 최소 2배 이상의 빠른 이송속도, 10배 이상의 강한 추력, 5배 이상의 정밀한 위치제어가 가능하다. 따라서 직선 운동이 필요한 모든 산업분야에 리니어 모터의 채택이 빠르게 진행되는 추세이다.
그런데 회전방향으로 무한 연속운전을 하는 회전형 모터에 비해 선형 모터 시스템은 구조적으로 길이에 제한을 받을 수 밖에 없다. 입구단(Entry End)과 출구단(Exit End)이 구조적으로 존재하므로 누설자속과 에너지의 왜형 및 손실을 유발하는 단부효과(End Effect)를 가진다.
또한, 선형 모터 시스템에서 회전형 모터에 의해 직선 구동력을 얻고자 할 경우에는 스크류, 체인/벨트, 랙 피니언 등의 기계적인 변환장치들이 반드시 있어야 하며, 이 때 각각의 부품 사이에서 발생하는 마찰에 의한 에너지의 손실과 소음발생이 필연적으로 시스템의 정밀제어 보장이 어렵다.
이렇게 선형 모터 시스템은 정밀계측기, 반도체장비 등의 초정밀장비에서 미세한 진동에도 오작동을 일으킬 수 있는 문제가 있으므로 외부진동 또는 자체진동을 제거하기 위한 제진장치가 필수적으로 사용된다.
그런데 종래의 제진장치가 선형 모터 시스템에 사용된다고 하더라도 베이스 상에서 이동하는 이동자의 가속 또는 감속운동에 의해서는 수평방향의 진동이 발생하는 문제가 있다.
도 1은 종래의 선형 모터 시스템의 구동과정을 설명하기 위한 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 선형 모터 시스템은 제진장치에 의하더라도 베이스 상에서 이동하는 이동자의 가속 또는 감속운동에 의해서는 작용/반작용원리에 의해 수평방향의 진동이 여전히 발생하며, 이로 인해 선형 모터 시스템의 베이스에 부착되는 정밀장비의 수명을 떨어뜨리고 기능을 저하시키므로, 결국 제품의 품질과 생산성이 떨어지는 문제를 야기한다.
따라서, 본 발명은 모터 내부에서 자체적으로 반발력을 상쇄할 수 있는 선형 모터 시스템 및 그 반발력 보상방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 이동자에 구비되는 자석 트랙만을 추가로 구비함으로써 구조를 단순화하면서도 소형화가 가능한 선형 모터 시스템 및 그 반발력 보상방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
그리고 본 발명은 이동자의 추력을 제공하는 모터 코일과 일직선 상에 제진용 모터 코일을 구비하여 회전 모멘트를 발생하지 않도록 할 수 있는 선형 모터 시스템 및 그 반발력 보상방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 별도의 제진용 모터 코일이 자석에 추력을 제공하여 능동적인 제진을 수행할 수 있는 선형 모터 시스템 및 그 반발력 보상방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
그리고 본 발명은 이동자의 이동을 피드백 제어함으로써 고도의 정밀한 모션제어가 가능한 선형 모터 시스템 및 그 반발력 보상방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적은, 베이스 상에 설치되어 이동대상을 선형이동시키는 이동자와; 상기 베이스 상에 설치되어 상기 이동자의 선형이동에 필요한 추력을 제공하는 이송용 모터 코일과; 상기 베이스 상에 설치되어 상기 이동자의 선형이동에 따라 선 형이동을 수행하는 자석 트랙과; 상기 이동자의 선형이동을 가이드하는 이동자 가이드부와; 상기 자석 트랙의 선형이동을 가이드하는 자석 트랙 가이드부와; 상기 베이스의 일측에 설치되어, 상기 이동자의 선형이동에 의해 발생되는 진동을 제거하는 와전류 이용 감쇄기 및 상기 자석 트랙과 연결되는 수동 제진 기구를 포함하는 제진부와; 상기 이동자의 위치에 따른 엔코더 신호를 생성하는 이동자 엔코더 및 상기 자석 트랙의 위치에 따른 엔코더 신호를 생성하는 자석 트랙 엔코더를 포함하는 엔코더부와; 상기 이동자 엔코더와 상기 자석 트랙 엔코더와의 상대위치에 기초하여 상기 이송용 모터 코일을 구동하는 상기 구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 선형 모터 시스템에 의해 달성된다.
상기 자석 트랙 엔코더는 상기 자석 트랙 또는 상기 이송용 모터 코일의 일측에 결합될 수 있다.
상기 구동부는, 상기 엔코더부로부터 상기 이동자의 움직임 신호를 수신하고, 상기 수신된 움직임 신호에 기초하여 PID (Proportional-Integral-Derivative) 제어방식에 의해 상기 이송용 모터 코일을 구동할 수 있다.
한편, 베이스 상에 설치되어 이동대상을 선형이동시키는 이동자와; 상기 베이스 상에 설치되어 상기 이동자의 선형이동에 필요한 추력을 제공하는 이송용 모터 코일과; 상기 베이스 상에 설치되어 선형이동을 수행하는 자석 트랙과; 상기 자석 트랙의 선형이동에 필요한 추력을 제공하는 제진용 모터 코일과; 상기 이동자의 선형이동을 가이드하는 이동자 가이드부와; 상기 자석 트랙의 선형이동을 가이드하는 자석 트랙 가이드부와; 상기 이동자의 위치에 따른 엔코더 신호를 생성하는 이 동자 엔코더 및 상기 자석 트랙의 위치에 따른 엔코더 신호를 생성하는 자석 트랙 엔코더를 포함하는 엔코더부와; 상기 이동자 엔코더와 상기 자석 트랙 엔코더와의 상대위치에 기초하여 상기 이송용 모터 코일 및 상기 제진용 모터 코일을 구동하는 구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 선형 모터 시스템에 의해서도 상기 목적은 달성된다.
상기 자석 트랙 엔코더는, 상기 이송용 모터 코일의 일측에 결합되는 이송용 자석 트랙 엔코더와; 상기 제진용 모터 코일의 일측에 결합되는 제진용 자석 트랙 엔코더를 포함할 수 있다.
상기 이송용 모터 코일과 상기 제진용 모터 코일은 일직선상에 위치할 수 있다.
상기 구동부는, 상기 엔코더부로부터 상기 이동자 및 상기 자석 트랙의 움직임 신호를 수신하고, 상기 수신된 움직임 신호에 기초하여 PID (Proportional-Integral-Derivative) 제어방식에 의해 상기 이송용 모터 코일 및 상기 제진용 모터 코일을 구동할 수 있다.
또한, 베이스 상에 설치되어 이동대상을 이동시키는 이동자가 이송용 모터 코일에 의해 추력을 제공받아 이동자 가이드부에 의해 가이드되어 선형이동하는 이동자 이동단계; 상기 이동자의 선형이동에 의해 발생되는 진동을 제거하는 제진부와 연결된 자석 트랙이 상기 이동자 가이드부와 별도로 마련된 자석 트랙 가이드부에 의해 가이드되어 상기 이동자의 이동에 따라 선형이동을 수행하는 자석 트랙 이동단계; 상기 이동자의 위치에 따른 엔코더 신호를 생성하는 이동자 엔코더와 상기 자석 트랙의 위치에 따른 엔코더 신호를 생성하는 자석 트랙 엔코더와의 상대위치를 측정하는 측정단계; 및 상기 측정된 상대위치에 기초하여 상기 이송용 모터 코일을 구동하는 구동단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 선형 모터 시스템의 반발력 보상방법에 의해서도 상기 목적은 달성된다.
상기 자석 트랙 엔코더는 상기 자석 트랙 또는 상기 이송용 모터 코일의 일측에 결합될 수 있다.
상기 구동단계는 상기 이동자 엔코더로부터 상기 이동자의 움직임 신호를 수신하고, 상기 수신된 움직임 신호에 기초하여 PID (Proportional-Integral-Derivative) 제어방식에 의해 상기 이송용 모터 코일을 구동할 수 있다.
한편, 베이스 상에 설치되어 이동대상을 이동시키는 이동자가 이송용 모터 코일에 의해 추력을 제공받아 이동자 가이드부에 의해 가이드되어 선형이동하는 이동자 이동단계; 자석 트랙이 제진용 모터 코일로부터 상기 자석 트랙의 선형이동에 필요한 추력을 제공받아 상기 이동자 가이드부와 별도로 마련된 자석 트랙 가이드부에 의해 가이드되어 선형이동을 수행하는 자석 트랙 이동단계; 상기 이동자의 위치에 따른 엔코더 신호를 생성하는 이동자 엔코더와 상기 자석 트랙의 위치에 따른 엔코더 신호를 생성하는 자석 트랙 엔코더와의 상대위치를 측정하는 측정단계; 및 상기 측정된 상대위치에 기초하여 상기 이송용 모터 코일을 구동하는 구동단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 선형 모터 시스템의 반발력 보상방법에 의해서도 상기 목적은 달성된다.
상기 이송용 모터 코일과 상기 제진용 모터 코일은 일직선 상에 위치할 수 있다.
상기 자석 트랙 엔코더는, 상기 이송용 모터 코일의 일측에 결합되는 이송용 자석 트랙 엔코더와; 상기 제진용 모터 코일의 일측에 결합되는 제진용 자석 트랙 엔코더를 포함할 수 있다.
상기 구동단계는 상기 이동자 엔코더 및 상기 자석 트랙 엔코더로부터 상기 이동자의 움직임 신호를 수신하고, 상기 수신된 움직임 신호에 기초하여 PID (Proportional-Integral-Derivative) 제어방식에 의해 상기 이송용 모터 코일 및 상기 제진용 모터 코일을 구동할 수 있다.
본 발명에 따른 선형 모터 시스템 및 그 반발력 보상방법에 의하면 모터 내부에서 자체적으로 반발력을 상쇄할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 선형 모터 시스템 및 그 반발력 보상방법에 의하면 이동자에 구비되는 자석 트랙만을 추가로 구비함으로써 구조를 단순화하면서도 소형화가 가능하다.
그리고 본 발명에 따른 선형 모터 시스템 및 그 반발력 보상방법에 의하면 이동자의 추력을 제공하는 모터 코일과 일직선 상에 제진용 모터 코일을 구비하여 회전 모멘트를 발생하지 않도록 할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 선형 모터 시스템 및 그 반발력 보상방법에 의하면 별도의 제진용 모터 코일이 자석에 추력을 제공하여 능동적인 제진을 수행할 수 있다.
그리고 본 발명에 따른 선형 모터 시스템 및 그 반발력 보상방법에 의하면 이동자의 이동을 피드백 제어함으로써 고도의 정밀한 모션제어가 가능하다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 선형 모터 시스템 및 그 반발력 보상방법에 대해 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 수동형 선형 모터 시스템의 구성을 도시한 사시도이다. 본 발명에 따른 수동형 선형 모터 시스템(100)은 베이스(10)와, 이동자(20)와, 이송용 모터 코일(30)과, 자석 트랙(40)과, 이동자 가이드부(50a)와, 자석 트랙 가이드부(50b)와, 제진부(60)와, 엔코더부(70)와, 구동부(80)를 포함한다.
베이스(10)는 선형 모터 시스템(100) 전체의 저면을 이루며, 그 상면에는 이동자(20)를 포함한 다수 개의 부품이 안착된다. 도면에는 도시되지 않았지만 본 발명에 따른 베이스(10)는 이동자(20)의 이동거리 또는 이동상태 등을 알 수 있도록 눈금자 등이 표시될 수 있으며, 광학 선형 스케일(Optical Linear Scale)이 마련되어 이동자(20)의 위치제어를 돕는다.
이동자(20)는 베이스(10) 상에 설치되어 이동대상을 선형이동시킨다. 본 발명에 따른 이동자(20)는 상하 또는 좌우의 직선운동을 수행한다.
이송용 모터 코일(30)은 베이스(10) 상에 설치되어 이동자(20)의 선형이동에 필요한 추력을 제공한다. 본 발명에 따른 이송용 모터 코일(30)은 일렬로 배열된 자석 사이에 위치한 코일에 전류를 흐르게 함으로써 구동력을 발생시킨다. 회전운 동을 하는 일반 모터와는 달리 본 발명에 따른 이송용 모터 코일(30)은 직선 상에서 직접 움직이기 때문에 동작속도가 빠르며 정밀한 위치제어가 가능하다.
자석 트랙(40)은 베이스(10) 상에 설치되어 이동자(20)의 선형이동에 따라 선형이동을 수행한다. 본 발명의 제1실시예에 따른 자석 트랙(40)은 베이스(10)에 고정되는 자석판 및 이동자(20)와 동일한 가이드부를 이용하는 종래의 선형 모터 시스템과는 달리 후술하는 별도의 자석 트랙 가이드부(60)에 의해 가이드되어 선형이동을 하기 때문에 이동자(20)의 가속운동 또는 감속운동에 의해 발생하는 진동이 베이스(10)로 전달되는 것을 차단할 수 있다.
이동자 가이드부(50a) 및 자석 트랙 가이드부(50b)는 각각 이동자(20) 및 자석 트랙(40)의 선형이동을 가이드한다.
제진부(60)는 베이스(10)의 일측에 설치되어, 이동자(20)의 선형이동에 따른 작용반작용에 의해 발생되는 진동이 베이스(10)에 전달되지 않도록 진동을 제거한다. 본 발명에 따른 제진부(60)는 와전류 이용 감쇄기(60a) 및 자석 트랙(40)과 연결되는 수동 제진 기구(60b)을 포함한다. 와전류 이용 감쇄기(60a)은 이동자(20)의 선형이동에 의해 발생되는 진동을 제거하며, 수동 제진 기구(60b)은 자석 트랙(40)과 연결됨으로써 자석 트랙(40)을 지지한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 선형 모터 시스템(100)은 별도의 모터 코일 없이 자석 트랙(40)이 수동 제진 기구(60b)에 의해 지지되므로 저가형으로 구현할 수 있다.
엔코더부(70)는 이동자 엔코더(70a) 및 자석 트랙 엔코더(70b)를 포함한다. 이동자 엔코더(70a)는 이동자(20)의 일측에 구비되어 후술하는 구동부(80)로 이동자(20)에 대한 엔코더 신호를 전달한다. 그리고, 자석 트랙 엔코더(70b)는 자석 트랙(40)의 일측에 구비되어 구동부(80)로 자석 트랙(40)에 대한 엔코더 신호를 전달한다.
이로써, 본 발명의 제1실시예에 따른 수동형 선형 모터 시스템(100)은 이동자 엔코더(70a)에 의해 이송용 모터 코일(30)의 위치제어를 정밀하게 수행할 수 있으며, 이동자 엔코더(70a)와 자석 트랙 엔코더(70b)로부터 측정된 위치를 합산하여 이송용 모터 코일(30)의 추력제어를 정밀하게 수행할 수 있다.
구동부(80)는 이동자 엔코더(70a)와 자석 트랙 엔코더(70b)와의 상대위치에 기초하여 이송용 모터 코일(30)을 구동한다. 본 발명에 따른 구동부(80)는 마이크로 컨트롤러 및 소프트웨어를 포함한다.
구체적으로, 본 발명에 따른 구동부(80)는 베이스(10)에 마련된 광학 선형 스케일의 위치와 이동자(20) 및 자석 트랙(40) 각각에 마련된 이동자 엔코더(70a)와 자석 트랙 엔코더(70b)의 위치를 더하여 이동자(20) 및 자석 트랙(40)의 위치를 파악할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 구동부(80)는 엔코더부(70)로부터 수신한 엔코더 신호에 기초하여 베이스(10)에 고정되어 있는 이송용 모터 코일(30)을 통해 PID (Proportional-Integral-Derivative) 제어를 수행함으로써 정밀한 위치제어가 가능하고 진동을 상쇄시킬 수 있다. 본 발명에 따른 구동부(80)의 상세한 동작과정은 후술하기로 한다.
본 발명의 제1실시예에 따른 수동형 선형 모터 시스템(100)은 수동 제진 기구를 통해 반발력을 흡수하거나 저감할 수 있는 구조와, 자석 트랙(40)을 이용하여 와전류를 감쇄시킬 수 있는 구조와, 영구자석을 이용한 스토퍼 구조와, 범용 선형 엔코더 구조를 포함하며, 이동자 엔코더(70a)와 자석 트랙 엔코더(70b)를 통한 정밀 추력제어가 가능한 장점이 있다.
이하, 도 3을 참조하여 본 발명의 제2실시예에 따른 수동형 선형 모터 시스템에 대해 설명한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 따른 수동형 선형 모터 시스템(200)은 본 발명의 제1실시예에 따른 수동형 선형 모터 시스템(100)과 비교하여 자석 트랙 엔코더(70b)가 이송용 모터 코일(30)에 결합되는 일체형의 홀 모듈 엔코더 구조를 이용하여 코일의 추력을 정밀하게 제어할 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 제2실시예에 따른 수동형 선형 모터 시스템(200)은 이동자 엔코더(70a)가 이송용 모터 코일(30)의 위치를 정밀하게 제어하며, 자석 트랙 엔코더(70b)는 이송용 모터 코일(30)의 추력을 정밀하게 제어한다.
이하, 도 4를 참조하여 본 발명의 제1실시예에 따른 능동형 선형 모터 시스템에 대해 설명한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 능동형 선형 모터 시스템(300)은 본 발명의 제1실시예에 따른 수동형 선형 모터 시스템(100)을 기반으로 하지만, 제진부(60)가 제외되고 제진용 모터 코일(90)을 더 포함하여 수동 제진 기구 및 제진용 모터 코일(90)이 통합되어 반발력을 흡수하거나 저감함으로써, 능동적으로 진동을 상쇄시킬 수 있는 능동형 선형 모터 시스템에 해당한다. 그리고 자석 트랙 엔코더(70b)가 제진용 모터 코일(90)에도 결합되어 위치 및 추력을 정밀하게 제어한다.
제진용 모터 코일(90)은 구동부(80)의 구동에 의해 자석 트랙(40)의 선형이동에 필요한 추력을 제공한다. 본 발명의 제1실시예에 따른 수동형 선형 모터 시스템(100)은 자석 트랙(40)이 제진부(60)에 마련된 수동 제진 기구(60b)에 연결되어 있지만, 본 발명의 제1실시예에 따른 능동형 선형 모터 시스템(200)은 제진용 모터 코일(90)이 자석 트랙(40)에 추력을 제공하므로, 선형 모터 시스템(200)을 능동적으로 구동시키는 것이 가능하며, 자석 트랙(40)의 추력에 따른 반력을 베이스(10)로 전달하지 않도록 제진제어를 수행한다.
구체적으로, 본 발명의 제1실시예에 따른 능동형 선형 모터 시스템(300)은 이동자 엔코더(70a)가 이송용 모터 코일(30)의 위치를 정밀하게 제어하며, 자석 트랙 엔코더(70b)가 제진용 모터 코일(90)의 위치 및 추력을 정밀하게 제어한다. 그리고 이동자 엔코더(70a)와 자석 트랙 엔코더(70b)로부터 출력되는 엔코더 신호의 합으로부터 이송용 모터 코일(30)의 추력을 정밀하게 제어할 수 있다.
그리고 본 발명에 따른 제진용 모터 코일(90)은 이송용 모터 코일(30)과 일직선 상에 마련되는 것이 바람직한데, 이렇게 각 모터 코일이 일직선 상에 마련되는 경우 이동방향과 수직방향으로의 거리 차이에 의해 발생되는 모멘트가 존재하지 않기 때문에 부품의 변형이나 파괴를 방지할 수 있다.
이하, 도 5를 참조하여 본 발명의 제2실시예에 따른 능동형 선형 모터 시스템에 대해 설명한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 따른 능동형 선형 모터 시스템(400)은 본 발명의 제1실시예에 따른 능동형 선형 모터 시스 템(300)과 비교하여 자석 트랙 엔코더(70b)가 이송용 모터 코일(30)에 결합되는 일체형의 홀 모듈 엔코더 구조를 이용하여 코일의 추력을 정밀하게 제어할 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 제2실시예에 따른 능동형 선형 모터 시스템(200)은 이동자 엔코더(70a)가 이송용 모터 코일(30)의 위치를 정밀하게 제어하며, 이송용 모터 코일(30)에 결합된 자석 트랙 엔코더(70b)가 이송용 모터 코일(30)의 추력을 정밀하게 제어하며, 제진용 모터 코일(90)에 결합된 자석 트랙 엔코더(70b)가 제진용 모터 코일(90)의 위치 및 추력을 정밀하게 제어할 수 있다.
이하, 도 6을 참조하여 본 발명의 제1실시예에 따른 선형 모터 시스템(100)의 구동과정에 대해 설명한다.
위에서 설명한 바와 같이, 구동부(80)는 베이스(10)에 마련된 광학 선형 스케일을 이동자 엔코더(70a)를 통해 감지하여, 베이스(10)를 기준으로 이동자(20)의 위치에 대한 정밀제어를 수행한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 구동부(80)는 이동자 구동부(80a)와 자석 트랙 구동부(80b)와 모션 컨트롤러(80c)를 포함하며, 전원 신호, 홀 신호, 엔코더 신호를 외부와 송수신한다.
이동자 구동부(80a)는 베이스(10)에 마련된 광학 선형 스케일 및 이동자 엔코더(70a)로부터 수신된 엔코더 신호 및 홀신호에 기초하여 연산을 수행한 뒤 이동자(20)에 대한 이동명령을 이송용 모터 코일(30)로 전달한다.
그리고 자석 트랙 구동부(80b)는 베이스(10)에 마련된 광학 선형 스케일 및 자석 트랙 엔코더(70b)로부터 수신된 엔코더 신호 및 홀신호에 기초하여 연산을 수 행한 뒤 자석 트랙(40)에 대한 이동명령을 제진용 모터 코일(90)로 전달한다.
모션 컨트롤러(80c)는 이동자 엔코더(70a) 및 자석 트랙 엔코더(70b)로부터 이동자(20) 및 자석 트랙(40)의 위치정보를 수신한 후 이를 이동자 구동부(80a) 및 자석 트랙 구동부(80b)로 각각 전달하여 이동자(20) 및 자석 트랙(40)의 움직임을 전반적으로 제어한다. 모션 컨트롤러(80c)는 각각 이동자 구동부(80a) 및 자석 트랙 구동부(80b)와 DAC 출력신호 역시 송수신하여 이동자(20) 및 자석 트랙(40)에 필요한 전원을 공급하도록 한다.
여기서 본 발명에 따른 모션 컨트롤러(80c)는 이동자(20) 및 자석 트랙(40)의 이동에 필요한 값을 연산하는 과정에서 이득값을 조정하여 반발력의 특성을 변경하는 것이 가능하다.
이하, 도 7을 참조하여 본 발명에 따른 선형 모터 시스템(100, 200)의 반발력 보상방법에 대해 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 선형 모터 시스템의 반발력 보상방법은, 먼저 베이스(10) 상에 설치되어 이동대상을 이동시키는 이동자(20)가 이송용 모터 코일(30)에 의해 추력을 제공받아 이동자 가이드부(50a)에 의해 가이드되어 선형이동하는 이동자 이동단계(S10)를 수행한다.
다음으로, 이동자(20)의 선형이동에 의해 발생되는 진동을 제거하는 제진부(60)와 연결된 자석 트랙(40)이 이동자 가이드부(50a)와 별도로 마련된 자석 트랙 가이드부(50b)에 의해 가이드되어 이동자(20)의 이동에 따라 선형이동을 수행하는 자석 트랙 이동단계(S20)를 수행한다.
여기서, 본 발명의 제2실시예에 따른 선형 모터 시스템(200)의 반발력 보상방법은 자석 트랙(40)이 이동자(20)의 선형이동에 따라 수동적으로 이동하는 대신, 제진용 모터 코일(90)로부터 선형이동에 필요한 추력을 제공받아 자석 트랙(40)이 선형이동한다. 이로써, 선형 모터 시스템(200)을 능동적으로 구동시키는 것이 가능하다.
그리고 이동자(20)의 일측에 구비된 이동자 엔코더(70a)와 자석 트랙(40)의 일측에 구비된 자석 트랙 엔코더(70b)와의 상대위치를 측정한다(S30). 이러한 상대위치는 베이스(10)에 마련된 광학 선형 스케일과 이동자 엔코더(70a) 및 자석 트랙 엔코더(70b)와의 위치의 차이가 엔코더 신호로 구동부(80)에 전달되는 과정을 통해 측정된다.
마지막으로, 단계 S30에서 측정된 상대위치에 기초하여 이송용 모터 코일(30)을 구동하는 구동한다(S40). 여기서 본 발명의 제2실시예에 따른 선형 모터 시스템(200)은 이송용 모터 코일(30) 뿐만 아니라 제진용 모터 코일(90)을 구동하여 자석 트랙(40)을 능동적으로 선형이동시킬 수 있다.
그리고 단계 S40은 이동자 엔코더(70a) 및 자석 트랙 엔코더(70b) 중 적어도 어느 하나로부터 이동자(20) 및 자석 트랙(40) 중 적어도 어느 하나의 움직임 신호를 수신하고, 수신된 움직임 신호에 기초하여 PID (Proportional-Integral-Derivative) 제어방식에 의해 이송용 모터 코일(30) 및 제진용 모터 코일(90)을 각각 구동할 수 있다.
또한 단계 S40은 이송용 모터 코일(30) 내에 포함된 모터의 일측에 구비되어 모터 내의 회전자의 회전위치를 검출하는 홀센서에 의해 감지된 회전위치에 기초하여 회전위치를 조절하기 위한 엔코더 신호를 이송용 모터 코일(30)에 포함된 모터로 송신하는 송신단계를 더 포함할 수 있다.
이러한 구동방식에 의해 본 발명에 따른 선형 모터 시스템(100, 200)은 대면적 장비의 고하중물의 가속 또는 감속에 따른 진동을 상쇄함으로써 정밀한 모션 제어가 가능하다.
이상, 바람직한 실시예를 통하여 본 발명에 관하여 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며 등록청구범위 내에서 다양하게 실시될 수 있다.
도 1은 종래의 선형 모터 시스템의 구동과정을 설명하기 위한 도면이며,
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 수동형 선형 모터 시스템을 도시한 사시도이며,
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 수동형 선형 모터 시스템을 도시한 사시도이며,
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 능동형 선형 모터 시스템을 도시한 사시도이며,
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 능동형 선형 모터 시스템을 도시한 사시도이며,
도 6은 본 발명에 따른 선형 모터 시스템의 구성을 도시한 블록도이며,
도 7은 본 발명에 따른 선형 모터 시스템의 반발력 보상방법을 도시한 흐름도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 : 베이스 20 : 이동자
30 : 이송용 모터 코일 40 : 자석 트랙
50a : 이동자 가이드부 50b : 자석 트랙 가이드부
60 : 제진부 60a : 와전류 이용 감쇄기
60b : 수동 제진 기구 70 : 엔코더부
70a : 이동자 엔코더 70b : 자석 트랙 엔코더
80 : 구동부 80a : 이동자 구동부
80b : 자석 트랙 구동부 80c : 모션 컨트롤러
90 : 제진용 모터 코일
100, 200, 300, 400 : 선형 모터 시스템

Claims (14)

  1. 베이스 상에 설치되어 이동대상을 선형이동시키는 이동자와;
    상기 베이스 상에 설치되어 상기 이동자의 선형이동에 필요한 추력을 제공하는 이송용 모터 코일과;
    상기 베이스 상에 설치되어 상기 이동자의 선형이동에 따라 선형이동을 수행하는 자석 트랙과;
    상기 이동자의 선형이동을 가이드하는 이동자 가이드부와;
    상기 자석 트랙의 선형이동을 가이드하는 자석 트랙 가이드부와;
    상기 베이스의 일측에 설치되어, 상기 이동자의 선형이동에 의해 발생되는 진동을 제거하는 와전류 이용 감쇄기 및 상기 자석 트랙과 연결되는 수동 제진 기구를 포함하는 제진부와;
    상기 이동자의 위치에 따른 엔코더 신호를 생성하는 이동자 엔코더 및 상기 자석 트랙의 위치에 따른 엔코더 신호를 생성하는 자석 트랙 엔코더를 포함하는 엔코더부와;
    상기 이동자 엔코더와 상기 자석 트랙 엔코더와의 상대위치에 기초하여 상기 이송용 모터 코일을 구동하는 상기 구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 선형 모터 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 자석 트랙 엔코더는 상기 자석 트랙 또는 상기 이송용 모터 코일의 일측에 결합되는 것을 특징으로 하는 선형 모터 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 구동부는,
    상기 엔코더부로부터 상기 이동자의 움직임 신호를 수신하고, 상기 수신된 움직임 신호에 기초하여 PID (Proportional-Integral-Derivative) 제어방식에 의해 상기 이송용 모터 코일을 구동하는 것을 특징으로 하는 선형 모터 시스템.
  4. 베이스 상에 설치되어 이동대상을 선형이동시키는 이동자와;
    상기 베이스 상에 설치되어 상기 이동자의 선형이동에 필요한 추력을 제공하는 이송용 모터 코일과;
    상기 베이스 상에 설치되어 선형이동을 수행하는 자석 트랙과;
    상기 자석 트랙의 선형이동에 필요한 추력을 제공하는 제진용 모터 코일과;
    상기 이동자의 선형이동을 가이드하는 이동자 가이드부와;
    상기 자석 트랙의 선형이동을 가이드하는 자석 트랙 가이드부와;
    상기 이동자의 위치에 따른 엔코더 신호를 생성하는 이동자 엔코더 및 상기 자석 트랙의 위치에 따른 엔코더 신호를 생성하는 자석 트랙 엔코더를 포함하는 엔코더부와;
    상기 이동자 엔코더와 상기 자석 트랙 엔코더와의 상대위치에 기초하여 상기 이송용 모터 코일 및 상기 제진용 모터 코일을 구동하는 구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 선형 모터 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 자석 트랙 엔코더는,
    상기 이송용 모터 코일의 일측에 결합되는 이송용 자석 트랙 엔코더와;
    상기 제진용 모터 코일의 일측에 결합되는 제진용 자석 트랙 엔코더를 포함하는 것을 특징으로 하는 선형 모터 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 이송용 모터 코일과 상기 제진용 모터 코일은 일직선상에 위치하는 것을 특징으로 하는 선형 모터 시스템.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 구동부는,
    상기 엔코더부로부터 상기 이동자 및 상기 자석 트랙의 움직임 신호를 수신하고, 상기 수신된 움직임 신호에 기초하여 PID (Proportional-Integral-Derivative) 제어방식에 의해 상기 이송용 모터 코일 및 상기 제진용 모터 코일을 구동하는 것을 특징으로 하는 선형 모터 시스템.
  8. 베이스 상에 설치되어 이동대상을 이동시키는 이동자가 이송용 모터 코일에 의해 추력을 제공받아 이동자 가이드부에 의해 가이드되어 선형이동하는 이동자 이동단계;
    상기 이동자의 선형이동에 의해 발생되는 진동을 제거하는 제진부와 연결된 자석 트랙이 상기 이동자 가이드부와 별도로 마련된 자석 트랙 가이드부에 의해 가이드되어 상기 이동자의 이동에 따라 선형이동을 수행하는 자석 트랙 이동단계;
    상기 이동자의 위치에 따른 엔코더 신호를 생성하는 이동자 엔코더와 상기 자석 트랙의 위치에 따른 엔코더 신호를 생성하는 자석 트랙 엔코더와의 상대위치를 측정하는 측정단계; 및
    상기 측정된 상대위치에 기초하여 상기 이송용 모터 코일을 구동하는 구동단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 선형 모터 시스템의 반발력 보상방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 자석 트랙 엔코더는 상기 자석 트랙 또는 상기 이송용 모터 코일의 일측에 결합되는 것을 특징으로 하는 선형 모터 시스템의 반발력 보상방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 구동단계는 상기 이동자 엔코더로부터 상기 이동자의 움직임 신호를 수신하고, 상기 수신된 움직임 신호에 기초하여 PID (Proportional-Integral-Derivative) 제어방식에 의해 상기 이송용 모터 코일을 구동하는 것을 특징으로 하 는 선형 모터 시스템의 반발력 보상방법.
  11. 베이스 상에 설치되어 이동대상을 이동시키는 이동자가 이송용 모터 코일에 의해 추력을 제공받아 이동자 가이드부에 의해 가이드되어 선형이동하는 이동자 이동단계;
    자석 트랙이 제진용 모터 코일로부터 상기 자석 트랙의 선형이동에 필요한 추력을 제공받아 상기 이동자 가이드부와 별도로 마련된 자석 트랙 가이드부에 의해 가이드되어 선형이동을 수행하는 자석 트랙 이동단계;
    상기 이동자의 위치에 따른 엔코더 신호를 생성하는 이동자 엔코더와 상기 자석 트랙의 위치에 따른 엔코더 신호를 생성하는 자석 트랙 엔코더와의 상대위치를 측정하는 측정단계; 및
    상기 측정된 상대위치에 기초하여 상기 이송용 모터 코일을 구동하는 구동단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 선형 모터 시스템의 반발력 보상방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 이송용 모터 코일과 상기 제진용 모터 코일은 일직선 상에 위치하는 것을 특징으로 하는 선형 모터 시스템의 반발력 보상방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 자석 트랙 엔코더는,
    상기 이송용 모터 코일의 일측에 결합되는 이송용 자석 트랙 엔코더와;
    상기 제진용 모터 코일의 일측에 결합되는 제진용 자석 트랙 엔코더를 포함하는 것을 특징으로 하는 선형 모터 시스템의 반발력 보상방법.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 구동단계는 상기 이동자 엔코더 및 상기 자석 트랙 엔코더로부터 상기 이동자의 움직임 신호를 수신하고, 상기 수신된 움직임 신호에 기초하여 PID (Proportional-Integral-Derivative) 제어방식에 의해 상기 이송용 모터 코일 및 상기 제진용 모터 코일을 구동하는 것을 특징으로 하는 선형 모터 시스템의 반발력 보상방법.
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