KR100624785B1 - 회전공진형 모터 제어시스템 및 그 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 회전공진형 모터 제어시스템 및 그 제어방법에 관한 것으로서 회전공진형 모터에 있어서, 모터 회전자의 위치를 검출하는 센서부와, 상기 회전공진형 모터로 입력전압을 인가하는 인버터부와, 상기 센서부에서 검출된 위치에 따라 모터의 회전진폭을 예측하고 진폭 변화가 감소되도록 인버터부에서 인가되는 입력전압값을 제어하는 제어부로 구성되어 회전공진형 모터가 청소기에 사용될 경우 브러쉬가 부하 변동에 상관없이 일정각도로 왕복운동을 하므로 균일한 청소 성능을 유지할 수 있도록 하는 동시에 진폭 변화에 따른 이상 진동이나 소음 발생을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.

회전공진형 모터, 인버터, 위치센서

Description

회전공진형 모터 제어시스템 및 그 제어방법 {Swing Motor Controlling System and Controlling Method Therefor}

도 1은 회전공진형 모터가 도시된 사시도,

도 2a, 2b, 2c, 2d는 회전공진형 모터와 연결된 브러쉬의 동작상태가 도시된 도,

도 3은 종래 회전공진형 모터의 회전진폭의 변화가 도시된 그래프,

도 4는 본 발명에 의한 회전공진형 모터 제어시스템의 구성이 도시된 도,

도 5는 본 발명에 의한 회전공진형 모터의 회전진폭의 변화가 도시된 그래프,

도 6은 본 발명에 의한 회전공진형 모터의 제어방법이 도시된 순서도이다.

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>

M : 모터 R : 회전자

10 : 센서부 20 : 인버터부

30 : 제어부 31 : 메모리부

32 : CPU

본 발명은 회전공진형 모터 제어시스템 및 그 제어방법에 관한 것으로서, 특히 회전공진형 모터를 제어하고자 하는 경우 회전공진형 모터의 회전자의 위치로부터 회전진폭을 미리 예측하고 그에 따라 회전진폭값을 일정하게 유지할 수 있도록 하는 회전공진형 모터 제어시스템 및 그 제어방법에 관한 것이다.

회전공진형 모터는 회전운동을 기계적인 장치를 사용해서 왕복운동으로 바꾸는 것이 아니라 별도로 사용되는 스프링의 공진 시스템을 이용하여 리니어 모터처럼 일정 구간을 왕복운동 하도록 하는 것을 목적으로 하는 모터이다.

따라서, 통상 회전하는 모터와 달리 회전공진형 모터는 일정 구간을 왕복 운동한다.

도 1은 회전공진형 모터의 일반적인 구조가 도시된 사시도이다.

도시된 바와 같이 종래 회전공진형 모터는 고정자(1)와, 상기 고정자의 내부에 이격되도록 내재되어 고정자(1)로 전류 인가 시 왕복 운동하는 회전자(2)와, 상기 회전자(2)가 왕복 운동하도록 상기 회전자(2)와 연결되는 스프링(3)으로 구성된다.

이 때, 상기 고정자(1)는 상기 회전자(2)를 향하여 돌출된 돌극이 형성되는 스테이터 코어와, 상기 돌극에 권선된 코일로 구성되며 상기 코일로 전류가 인가됨 에 따라 상기 고정자(1) 내부에 이격되어 내재되는 회전자(2)는 좌우로 왕복운동을 하게 된다.

도 2는 청소기에 내장되는 회전공진형 모터와 브러쉬 조립체(4)가 도시된 도이다. 도시된 바와 같이 상기 브러쉬 조립체(4)는 상기 회전자(2)와 연결된 링크(5)와 편심연결되어 상기 회전자(2)의 좌우 왕복운동에 따라 좌우로 이동한다.

도 2a는 정적 평형 상태를, 도 2b는 회전자가 우로 회전하여 스프링이 비틀림되고 브러쉬 조립체가 우로 회전된 모습을, 도 2c는 스프링의 복원력으로 회전자와 브러쉬 조립체가 정적 평형상태로 복원된 모습을, 도 2d는 회전자가 좌로 회전하여 스프링이 비틀림되고 브러쉬 조립체가 좌로 회전한 모습을 도시하고 있다.

그러나, 상기한 바와 같이 구성 및 동작되는 종래 회전공진형 모터의 경우 도 3에 도시된 바와 같은 회전진폭을 가지게 된다. 즉, 실선은 운전주파수(상용전원의 50,60Hz)에 따른 공진주파수 및 회전진폭값이며, 점선과 괘선은 각각 브러쉬 조립체의 회전에 의해 모터에 작용하는 부하가 변화함에 따라 실제 나타나는 회전공진형 모터의 회전진폭값이다.

따라서, 실제 제품에 적용되는 회전공진형 모터의 경우 일정각도 왕복운동을 위해 상용전원 주파수에 동기된 기계적 공진을 이용하다 보니 부하의 변동에 따라 공진주파수가 변화하게 되고 이에 따라 왕복 운동의 진폭변화가 커져서 균일한 청소성능을 내는데 제약이 존재한다는 문제점이 있다. 또한 진폭 변화에 따른 이상 진동/소음이 발생하게 된다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 그 목적은 회전공진형 모터에 있어서 부하에 무관하게 그 회전진폭을 일정하게 유지시킬 수 있어 균일한 청소성능을 낼 수 있고 이상 진동/소음 발생이 방지 가능한 청소기형 회전공진형 모터 제어시스템 및 그 제어방법을 제공하는데 있다.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의한 회전공진형 모터 제어시스템의 특징에 따르면, 회전공진형 모터에 있어서, 모터 회전자의 위치를 검출하는 센서부와, 상기 회전공진형 모터로 입력전압을 인가하는 인버터부와, 상기 센서부에서 검출된 위치에 따라 모터의 회전진폭을 예측하고 진폭 변화가 감소되도록 인버터부에서 인가되는 입력전압값을 제어하는 제어부로 구성된다.

또한, 본 발명에 의한 회전공진형 모터 제어방법의 특징에 따르면, 회전공진형 모터에 있어서 회전자의 위치가 검출되는 제1 단계와, 상기 제1 단계에서 검출된 회전자의 위치에 따라 회전공진형 모터의 회전진폭이 예상되는 제2 단계와, 상기 제2 단계에서 예상된 회전진폭에 따라 상기 회전공진형 모터의 입력전압값이 제어되는 제3 단계로 이루어진다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 4는 본 발명에 의한 회전공진형 모터가 도시된 도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 회전공진형 모터 제어시스템은 회전공진형 모터(M)에 연결되어 상기 회전공진형 모터 중 회전자(R)의 위치를 검출하는 센서부(10)와, 상기 회전공진형 모터(M)로 입력전압을 인가하는 인버터부(20)와, 상기 센서부(10)에서 검출된 위치에 따라 상기 인버터부(20)에서 인가되는 입력전압의 크기를 제어하는 제어부(30)로 구성된다.

이 때, 상기 회전공진형 모터는 릴럭턴스(Reluctacnce) 타입 모터이거나 영구자석 타입 모터로 구성 가능하며, 스프링의 기계적 공진주파수가 상용전원 주파수(50,60Hz)에 동기되도록 설계되어 모터의 공진운동이 연결되는 브러쉬에 전달되도록 한다.

또한, 상기 센서부(10)는 모터 자체에 부착되는 위치센서로 구성 가능하며, 모터의 회전자가 소정 위치에 들어왔는지 아닌지를 판별함으로서 상기 제어부(30)로 회전자의 위치에 관한 정보를 전달할 수 있다. 또한, 상기 센서부(10)는 상기 모터가 일정 스트로크를 유지하는지 여부를 감지할 수도 있다.

상기 인버터부(20)는 상기 제어부(30)의 제어에 따라 상기 회전공진형 모터(M)로 입력전압을 인가하며, 이 때 상기 인버터부(20)는 일반적인 모터 구동용 인버터 또는 트라이액으로 구성 가능하다.

상기 제어부(30)는 상기 센서부(10)에서 검출된 회전자의 위치별로 대응되는 회전진폭에 관한 정보가 데이터베이스화되어 저장되는 메모리부(31)와, 상기 메모리부(31) 및 상기 센서부(10)의 정보를 종합하여 상기 인버터부(20)를 제어하는 CPU(32)로 구성된다.

즉, 상기 메모리부(31)에는 미리 회전자의 위치별 회전진폭에 관한 정보가 저장되어 제어시스템은 회전자의 위치에따라 회전진폭이 어떻게 변화할 것인지 미리 예상할 수 있다.

따라서 제어부(30)의 CPU(32)는 상기 메모리부(31)에서 예상된 회전진폭에 따라 상기 인버터부(20)에서 상기 회전공진형 모터(M)로 인가되는 입력전압의 크기를 조정 및 제어하는데 그 입력전압의 크기는 도 5에 도시된 바와 같다.

즉, 회전자의 위치로 미루어보아 회전진폭이 정상값보다 클 것으로 예상되는 경우 진폭변화가 감소되도록 상기 CPU(32)는 인버터부(20)에서 인가되는 입력전압(B)이 정상값(A) 보다 작아지도록 한다. 또한 회전진폭이 정상값보다 작을 것으로 예상되는 경우 상기 CPU(32)는 인버터부(20)에서 인가되는 입력전압(C)이 정상값(A)보다 커지도록 한다.

상기와 같은 입력전압값의 변동을 통해 본 발명의 회전공진형 모터 제어시스템은 회전공진형 청소기 브러쉬가 부하 변동에 상관없이 일정각도 왕복운동을 할 수 있도록 한다.

도 6은 본 발명에 의한 회전공진형 모터의 제어방법이 도시된 도이다.

먼저, 제1 단계에서 상기 회전공진형 모터의 제어시스템은 회전공진형 모터의 회전자 위치를 검출한다. (S1)

제2 단계에서 상기 제어부는 상기 검출된 회전자의 위치에 대응하는 회전진폭에 관한 정보를 상기 메모리부로부터 확인한다. (S2)

제3 단계에서 상기 제어부는 상기 메모리부로부터 확인된 회전진폭값이 정상값보다 큰지, 동일한지 혹은 작은지를 확인한다. (S3)

만일, 회전진폭값이 정상값보다 큰 경우 제4 단계에서 상기 인버터부에서 인가되는 입력전압은 정상값일 때의 입력전압보다 작다. (S4)

만일, 회전진폭값이 정상값보다 작은 경우 제5 단계에서 상기 인버터부에서 인가되는 입력전압은 정상값일 때의 입력전압보다 크다. (S5)

한편, 회전진폭값이 정상값일 경우 제6 단계에서 상기 인버터부에서 인가되는 입력전압은 변화가 없으며 정상값이다. (S6)

상기와 같이 구성되는 본 발명의 회전공진형 모터 제어시스템 및 그 제어방법은 회전공진형 모터에 있어서, 모터 회전자의 위치를 검출하는 센서부와, 상기 회전공진형 모터로 입력전압을 인가하는 인버터부와, 상기 센서부에서 검출된 위치에 따라 모터의 회전진폭을 예측하고 진폭 변화가 감소되도록 인버터부에서 인가되는 입력전압값을 제어하는 제어부로 구성되어 회전공진형 모터가 청소기에 사용될 경우 브러쉬가 부하 변동에 상관없이 일정각도로 왕복운동을 하므로 균일한 청소 성능을 유지할 수 있도록 하는 동시에 진폭 변화에 따른 이상 진동이나 소음 발생을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (6)

1. 회전공진형 모터에서 회전자의 위치를 검출하는 센서부;

   상기 회전공진형 모터의 구동을 위한 입력전압을 인가하는 인버터부; 및

   상기 센서부에서 검출된 상기 회전자의 위치와 저장된 상기 회전자의 위치별 회전진폭에 관한 정보를 비교하여, 상기 회전공진형 모터의 회전진폭을 예상하고, 예상된 회전진폭에 따라 회전진폭의 변화가 감소하도록 상기 인버터부에서 인가되는 상기 입력전압의 크기를 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전공진형 모터 제어시스템.
2. 제1항에 있어서,

   상기 제어부는, 상기 회전자의 위치별 회전진폭에 관한 정보가 저장되는 메모리부; 및

   상기 메모리부에 저장된 정보를 참조하여 예상된 회전진폭의 값에 따라 상기 인버터부에서 인가되는 상기 입력전압의 크기를 조절하는 CPU;를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전공진형 모터 제어시스템.
3. 제1항에 있어서,

   상기 센서부는, 상기 회전자가 소정 위치에 위치하는지 여부를 판별하는 위치센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전공진형 모터 제어시스템.
4. 회전공진형 모터에서 회전자의 위치를 검출하는 단계;

   상기 검출된 회전자의 위치와 저장된 상기 회전자의 위치별 회전진폭에 관한 정보를 비교하여, 상기 회전공진형 모터의 회전진폭을 예상하는 단계; 및

   상기 예상된 회전진폭에 따라 회전진폭의 변화가 감소하도록, 상기 회전공진형 모터의 구동을 위한 입력전압의 크기를 제어하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전공진형 모터의 제어방법.
5. 제4항에 있어서,

   상기 회전자의 위치별 회전진폭에 관한 정보를 데이터베이스화하여 저장하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 회전공진형 모터의 제어방법.
6. 제4항에 있어서,

   상기 크기를 제어하는 단계는, 상기 예상된 회전진폭 값을 회전진폭이 없는 경우의 정상값과 비교한 결과에 따라, 상기 입력전압의 크기를 조절하는 것을 특징으로 하는 회전공진형 모터의 제어방법.

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