KR101223164B1 - 치과용 핸드피스의 모터제어방법 및 제어장치 - Google Patents

치과용 핸드피스의 모터제어방법 및 제어장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 절삭공구를 회전구동시키는 모터를 구비하는 치과용 핸드피스의 모터제어방법에 관한 것이다. 이 제어방법은 절삭공구에 가해지는 부하토크가 미리 설정된 제한토크값을 초과하면, 모터전류를 제1제한전류(I1)로 제한하는 스텝 a와, 모터의 회전이 정지한 것을 검출하면, 모터전류를 제1제한전류(I1)보다도 낮은 제2제한전류 이하로 제어하는 스텝 b를 구비하는 것을 특징으로 한다.

Description

치과용 핸드피스의 모터제어방법 및 제어장치 {MOTOR CONTROL METHOD AND MOTOR CONTROL APPARATUS FOR DENTAL HANDPIECE}
본 발명은 절삭공구에 의해 치아의 절삭 또는 근관(root canal)형성을 수행하는 치과용 핸드피스의 모터제어방법 및 제어장치에 관한 것이다.
치아의 절삭, 근관형성 시술을 할 때, 전동 모터를 구동원으로 하는 치과용 핸드피스를 사용한다. 시술자는 시술 목적에 따라 수 종류의 절삭공구를 적절히 사용하면서 시술을 한다.
그런데, 이와 같은 치과용 핸드피스의 모터를 제어하는 방법으로서, 모터의 회전속도를 검출하면서, 모터의 구동전압을 증감시켜, 설정된 회전속도를 유지하도록 모터를 제어하는 피드백 제어가 알려져 있다.
따라서, 피드백 제어를 사용하는 모터제어장치에서는 절삭공구의 부하토크가 커지게 되어 회전속도가 저하된 경우에는 모터의 구동전압을 올려, 설정된 회전속도까지 되돌리는 제어를 실시한다.
그러나, 폭이 좁게 접히기 쉬운 절삭공구를 사용하는 근관형성 등의 시술에서 피드백 제어를 사용하면, 절삭공구에 과잉 토크가 가해져서 파손되거나, 근관에 절삭공구가 파고드는 등, 조작성 면에서 과제가 있다.
때문에, 이와 같은 과제를 해결하기 위해, 특허문헌 1의 모터제어장치는 피드백 제어를 하지 않고 절삭공구에 가해지는 부하토크가 커짐에 따라 회전속도를 저하시키는 모터의 출력특성으로 하여, 절삭공구에 가해지는 부하토크가 미리 설정된 기준토크에 도달하면, (1)회전속도를 저하시키는 것, (2)정지시키는 것, (3)역회전시키는 것 중 어느 하나로 모터를 제어하는 것을 제안하고 있다.
이와 같이 함으로써, 특허문헌 1은 절삭공구의 절손을 방지할 수 있음과 아울러, 절삭공구가 근관에 파고들었을 때도 모터를 역회전시켜 자동으로 해제시킬 수 있으며, 조작성을 향상시킬 수 있다는 것이다.
특허문헌 1 : 일본특허 제3264607호 공보
그러나, 특허문헌 1의 모터제어장치는 절삭공구의 파손, 근관으로의 파고듦은 방지할 수 있지만, 부하토크의 증가에 따라 절삭공구의 회전속도가 저하되므로, 절삭효율 면에서는 피드백 제어에 비해 떨어진다는 과제가 있다.
또한, 모터를 정지시키는 상기 (2)의 경우, 특허문헌 1의 도 5의 선도 a, b에 도시된 바와 같이 모터로의 구동전압의 인가를 멈춤으로써 모터의 회전을 정지시키고 있으므로, 모터(절삭공구)의 회전방향의 토크가 급히 빠지고, 이 토크가 빠지는 반동으로 환자 및 시술자에게 쇼크(이하, 양자를 합쳐 위화감이라 한다)를 준다는 과제도 있다.
또한, 모터를 역회전시키는 상기 (3)의 경우도, 역회전 전에는 모터로의 구동전압을 멈추고 모터의 회전을 정지시키므로, 상기 (2)와 마찬가지로 위화감을 주게 된다.
본 발명은 이와 같은 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 절삭공구의 절손을 방지하면서 효율적으로 절삭할 수 있으며, 나아가 시술중인 환자 및 시술자에 대한 위화감을 완화할 수 있는 치과용 핸드피스의 모터제어방법 및 제어장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 절삭공구를 회전구동시키는 모터를 구비하는 치과용 핸드피스의 모터제어방법에 관한 것으로, 본 발명의 모터제어방법은 절삭공구에 가해지는 부하토크가 미리 설정된 제어토크값을 초과하면, 모터전류를 제1제한전류로 제한하는 스텝 a와, 모터의 회전이 정지한 것을 검출하면, 모터전류를 제1제한전류보다도 낮은 제2제한전류 이하로 제어하는 스텝 b를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제어방법에 따르면, 모터전류를 제1제한전류로 제한함으로써, 절삭공구에 가해지는 부하토크의 증가에 따라 모터(절삭공구)의 회전을 정지(회전수=0)시켜 절삭공구의 절손을 방지할 수 있다. 또한, 모터의 회전이 정지하더라도 모터에는 제1제한전류가 인가되어 있으므로, 토크 빠짐(토크가 급격히 저하되는 상태)은 발생하지 않는다. 그리고, 모터의 회전이 정지한 것을 검출하면, 모터전류를 제1제한전류보다도 낮은 제2제한전류 이하로 제어하므로, 그 사이에 부하토크는 저감되지만, 역시 토크 빠짐은 발생하지 않는다.
본 발명의 제어방법은 모터전류를 제2제한전류 이하로 제어하고나서의 동작으로서, 이하의 3가지 모드 중 어느 하나를 실행할 수 있다.
첫번째 모드는 스텝 b에서 모터전류가 제2제한전류 이하가 되었을 때에 모터로의 전력공급을 정지하는 것이다. 이 모드는 모터의 회전이 정지한 후에 계속해서 시술을 하지 않는 경우에 대응하고 있다.
두번째 모드는 스텝 b에서 모터전류가 제2제한전류 이하가 되었을 때에 모터를 역회전시키는 것이다. 이 모드는 근관에 파고들고 있는 절삭공구를 역회전시킴으로써 근관으로의 파고듦을 해제할 필요가 있는 경우에 대응하고 있다.
세번째 모드는 스텝 b에서 모터전류가 제2제한전류 이하가 되었을 때에, 모터를 역회전시키고, 그런 후에, 모터를 역회전 전의 방향인 정회전을 시키는 것이다. 이 모드는 근관에 파고들어 있는 절삭공구를 역회전시킴으로써 근관으로의 파고듦을 해제함과 아울러, 그 후에도 계속해서 시술을 하는 경우에 대응하고 있다.
본 발명은 이상의 제어방법을 실시하는 제어장치도 제공한다.
본 발명의 제어장치는 절삭공구에 가해지는 부하토크를 검출하는 부하토크검출부와, 모터의 회전속도를 검출하는 회전속도검출부와, 모터의 회전속도 및 모터전류를 제어하는 제어부를 구비한다.
이 제어부는 부하토크검출부에서 검출된 부하토크에 따라, 모터전류를 다음과 같이 제어한다.
즉, 제어부는 부하토크가 미리 설정된 제한토크값을 초과하면, 모터전류를 제1제한전류로 제한한다.
또한, 제어부는 부하토크가 제한토크를 초과하고, 또한 모터의 회전이 정지한 것을 회전속도검출부가 검출하면, 모터전류를 제1제한전류보다도 낮은 제2제한전류 이하로 제어한다.
본 발명의 제어장치는 모터전류를 제1제한전류로 제한함으로써 절삭공구의 파손을 방지한다. 또한, 모터의 회전이 정지한 것을 검출하면, 모터전류를 제1제한전류보다도 낮은 제2제한전류 이하로 제어하는데, 그 사이에 부하토크가 저감되므로, 토크 빠짐을 저감시킬 수 있다.
본 발명에 따른 제어장치에서는 모터전류를 제2제한전류 이하로 제어하고나서의 동작으로서, 이하의 3가지 모드 중 어느 하나를 실행할 수 있다.
첫번째 모드는 모터전류가 제2제한전류 이하가 되었을 때에 모터로의 전력공급을 정지하는 것이다.
두번째 모드는 모터전류가 제2제한전류 이하가 되었을 때에 모터를 역회전시키는 것이다.
세번째 모드는 모터전류가 제2제한전류 이하가 되었을 때에, 모터를 역회전시키고, 그런 후, 모터를 역회전 전의 방향인 정회전을 시키는 것이다.
본 발명의 모터제어방법은 절삭공구에 과잉인 부하토크가 가해지지 않도록 부하토크를 감시하면서 모터의 동작을 제어하므로, 절삭공구의 파손을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 모터제어방법은 절삭공구에 가해지는 부하토크가 제한토크값을 초과하면, 모터의 회전이 정지한 후에도, 모터전류를 돌연 정지시키는 것이 아니라, 모터전류를 저감시킨 후에 정지시키고 있다. 따라서, 그 사이에 토크를 점차 감소시킬 수 있으므로, 토크 빠짐으로 인한 환자 및 시술자의 위화감을 저감시킬 수 있다.
도 1은 모터제어장치의 구성을 나타내는 기능 블록도.
도 2는 본 발명의 모터제어방법의 정지 모드의 제어수순을 나타내는 플로차트도.
도 3은 본 실시의 모터제어방법의 정지 모드의 부하토크에 대한 제어특성도.
도 4는 본 발명의 모터제어방법의 역회전 모드의 제어수순을 나타낸 플로차트도.
도 5는 본 발명의 모터제어방법의 역회전 모드의 부하토크에 대한 제어특성도.
이하, 첨부도면에 나타낸 실시형태에 기초하여 본 발명을 상세하게 설명한다.
도 1에 나타낸 본 실시형태에 따른 모터제어장치(1)는 치과용 핸드피스에 내장된 3상 브러시리스 모터인 모터(21)를 제어하는 것으로, 제어부(3), 기억부(25), 구동부(5), 조작부(11), 표시부(13), 풋 페달(15), 모터전류검출부(20), 회전속도검출부(27), 부하토크검출부(26), 및 전원부(17)를 구비하고 있다.
본 실시형태에서 모터(21)의 구동방식은 PWM(Pulse Width Modulation) 구동방식으로, 제어부(3)에서 생성한 PWM신호에 의해 구동부(5)를 제어하여 모터(21)에 구동전압을 공급한다.
또한, 이후의 설명에서는 치아를 절삭할 수 있는 모터(21)의 회전방향을 정회전으로 하고, 그와는 반대의 회전방향을 역회전으로 하여 설명한다.
이하, 각 구성에 대해 상세하게 설명한다.
<제어부(3)>
제어부(3)는 모터(21)의 회전속도(Rr), 부하토크(Tr), 모터전류(Im)의 검출값과 기억부(25)에 저장된 구동조건을 비교하면서, 소정의 회전속도(Rr) 및 모터전류(Im)가 되도록 PWM신호를 생성하여 모터(21)를 제어한다. 또한, 제어부(3)는 모터(21)의 정역회전의 회전방향도 제어한다.
<기억부(25)>
기억부(25)에는 제어부(3)가 모터(21)를 제어하기 위한 프로그램 외에, 모터(21)의 정회전시의 최대회전속도인 제1제한회전속도(R1), 역회전시의 최대회전속도인 제2제한회전속도(R2), 제한토크(T1), 제1제한전류(I1) 및 제2제한전류(I2) 등, 모터(21)의 구동을 제어하는 데에 필요한 조건이 기억되어 있다.
이들 구동조건 중, 제1제한회전속도(R1), 제2제한회전속도(R2), 제한토크(T1), 제2제한전류(I2)에 대해서는 시술자가 시술내용, 절삭공구의 종류 등을 고려하여 임의의 값으로 설정할 수 있다.
제1제한전류(I1)로서는 설정된 제한토크(T1)에 상당하는 모터(21)의 모터전류가 설정된다.
또한, 기억부(25)에는 2종류의 절삭모드, 즉 정지 모드 및 역회전 모드의 구동프로그램이 기억되어 있다. 정지 모드는 정회전중인 모터(21)의 회전속도 등이 소정의 조건과 일치하면 모터(21)로의 전력공급을 정지시키는 구동프로그램이며, 역회전 모드는 정회전중인 모터(21)의 회전속도 등이 소정의 조건과 일치하면 모터(21)를 역회전시키는 구동프로그램이다. 또한, 각각의 조건에 대해서는 각 모드의 제어방법에서 상세하게 설명한다.
<모터전류검출부(20)>
모터전류검출부(20)는 전류검출용 저항(도시하지 않음)을 구비하며, 모터(21)에 흐르는 전류인 모터전류(Im)를 전압으로 변환한다.
<회전속도검출부(27)>
회전속도검출부(27)는 모터전류검출부(20)에서 얻어진 전압값으로부터 모터(21)의 유기전압을 추정하여, 나아가 이 유기전압으로부터 모터(21)의 회전속도(Rr)를 구한다.
<부하토크검출부(26)>
부하토크검출부(26)는 모터전류(Im)와 부하토크(Tr)가 비례 관계에 있는 것을 이용하여, 모터전류검출부(20)에서 얻어진 전압값으로부터 부하토크(Tr)를 구한다.
<조작부(11)>
조작부(11)는 복수의 설정 버튼(도시하지 않음), 선택 버튼(도시하지 않음)을 구비한다.
시술자는 설정 버튼에 의해 모터(21)의 제1제한회전속도(R1), 제2제한회전속도(R2), 제한토크(T1), 모드 선택 등의 모터(21)의 제어에 필요한 구동조건을 설정한다.
또한, 선택 버튼에 의해 표시부(13)의 표시내용의 선택 및 절삭모드의 선택을 한다.
여기서 말하는 표시내용이란 구동조건의 설정내용의 표시, 구동중인 모터(21)의 회전속도(Rr) 및 부하토크(Tr)의 표시 등이다.
<구동부(5)>
구동부(5)는 6개의 FET(전계효과트랜지스터:Field Effect Transistor)에 의해 구성된 인버터 회로를 구비하며, 제어부(3)에 마련되는 PWM 신호생성회로(26)로부터의 PWM신호에 기초하여 각 FET는 ON(온)/OFF(오프) 제어되어, 모터(21)에 구동전압(Vd)이 인가된다.
모터(21)의 회전속도(Rr)는 PWM신호의 1주기에 대한 ON신호의 비율인 듀티비에 의해 결정된다. 즉, 이 듀티비를 높게 하면 모터(21)에 인가되는 구동전압(Vd)의 실효값이 커지기 때문에, 그로 인해 회전속도(Rr)를 증가시킬 수 있으며, 반대로 듀티비를 낮게 하면 회전속도(Rr)를 감소시킬 수 있다.
또한, 절삭공구에 가해지는 부하토크(Tr)가 커지면, 모터(21)의 회전속도(Rr)가 저하되는데, 이 경우에도 PWM신호의 듀티비를 높게 하고, 구동전압(Vd)의 실효값을 크게 한다. 그러면, 모터(21)의 모터전류(Im)가 올라감에 따라 구동토크가 증가하며, 결과적으로 회전속도(Rr)를 올릴 수 있다.
이와 같이, 본 실시형태에 따른 모터제어장치(1)는 PWM신호의 듀티비를 제어함으로써, 모터(21)를 원하는 회전속도(Rr)로 제어할 수 있다.
또한, 구동부(5)는 모터(21)로의 출력부에 릴레이(도시하지 않음)를 구비하며, 제어부(3)가 이 릴레이를 제어함으로써, 모터(21)의 정회전/역회전의 회전방향을 제어한다.
<표시부(13)>
표시부(13)는 기억부(25)에 기억되어 있는 각종 구동조건을 표시하는 것 외에, 시술중인 모터(21)의 회전속도(Rr), 부하토크(Tr) 등을 표시한다. 이 표시부는 이들 구동조건을 수치로 나타낼 수도 있으며, 시각적인 인식을 향상시키기 위해 그래프화해서 나타낼 수도 있다.
<풋 페달(15)>
풋 페달(15)은 모터(21)의 회전의 ON/OFF를 제어한다. 제어부(3)는 풋 페달(15)로부터의 신호 유무를 검출하여, 신호가 있는 경우에는 구동조건에 따라 모터(21)를 구동한다.
<전원부(17)>
전원부(17)는 교류전원(7)으로부터의 교류전압을 정류하여 변압하고, 제어부(3), 구동부(5)에 대해 원하는 직류전압을 인가한다.
이하, 본 실시형태에 따른 모터제어방법에서의 정지 모드와 역회전 모드의 내용에 대해 상세하게 설명한다.
[정지 모드]
<정지 모드의 제어플로우>
본 실시형태에 따른 정지 모드의 처리수순을 도 2에 기초하여 설명한다.
시술자가 풋 페달(15)을 밟으면, 모터제어장치(1)는 모터(21)의 정회전을 시작한다(스텝 S101).
제어부(3)는 모터(21)의 부하토크(Tr)와 제한토크(T1)를 비교한다(스텝 S103).
스텝 S103의 비교 결과, 부하토크(Tr)가 제한토크(T1)에 도달하지 않은 경우(스텝 S103: No), 모터(21)의 회전속도를 제한회전속도(R1)로 제어한다. 이 제어는 다음과 같이 이루어진다.
회전속도(Rr)와 제1제한회전속도(R1)의 차를 구한다(스텝 S105).
차가 0(제로)를 초과할 경우(스텝 S105:＞0), 회전속도(Rr)를 내리기 위해, 제어부(3)는 모터(21)에 인가하는 구동전압(Vd)을 내린다(스텝 S107). 또한, 상술한 바와 같이, 본 실시형태의 모터제어장치(1)는 PWM구동방식을 채용하고 있으므로, 여기서 말하는 구동전압(Vd)을 내린다란 PWM신호의 듀티비를 내리는 것을 의미한다. 이하도 마찬가지이다.
차가 제로인 경우(스텝 S105:=0), 회전속도(Rr)를 유지하도록, 제어부(3)는 모터(21)에 인가하는 구동전압(Vd)을 유지한다(스텝 S109).
차가 0 미만인 경우(스텝 S105:＜0), 회전속도(Rr)를 올리기 위해, 제어부(3)는 모터(21)의 구동전압(Vd)을 올린다(스텝 S111).
이상과 같이, 제어부(3)는 모터(21)의 회전속도(Rr)가 제1제한속도(R1)가 되도록 제어한다.
스텝 S107, S109 또는 S111의 처리 후, 재차, 스텝 S103의 판단으로 되돌아간다.
이상과 같이, 본 실시형태에 따른 모터제어장치(1)는 피드백 제어에 의해 모터(21)의 회전속도를 제어한다. 즉, 절삭이 진행되면 부하토크(Tr)가 커지는데, 본 실시형태는 부하토크(Tr)가 제한토크(T1)에 도달할 때까지는 모터(21)의 회전속도(Rr)가 제1제한회전속도(R1)와 일치하도록 제어한다. 따라서, 모터제어장치(1)는 높은 절삭효율을 얻을 수 있다.
피드백 제어중에 부하토크(Tr)가 제한토크(T1)를 초과한 경우에 대해 설명하면 다음과 같다.
스텝 S103의 판단 결과, 부하토크(Tr)가 제한토크(T1)를 초과한 경우(스텝 S103:Yes), 모터전류(Im)를 제1제한전류(I1)로 제어한다. 이 제어는 다음과 같이 이루어진다.
모터전류(Im)와 제1제한전류(I1)의 차를 구한다(스텝 S121).
차가 0을 초과할 경우(스텝 S121:＞0), 모터전류(Im)를 내리기 위해, 제어부(3)는 모터(21)에 인가하는 구동전압(Vd)을 내린다(스텝 S123).
차가 제로인 경우(스텝 S121:=0), 모터전류(Im)를 유지하도록, 제어부(3)는 모터(21)에 인가하는 구동전압(Vd)을 유지한다(스텝 S125).
차가 0 미만인 경우(스텝 S121:＜0), 모터전류(Im)를 올리기 위해, 제어부(3)는 모터(21)에 인가하는 구동전압(Vd)을 올린다(스텝 S127).
이상과 같이, 제어부(3)는 모터전류(Im)가 제1제한전류(I1)를 유지하도록 제어한다.
스텝 S123, S125 또는 스텝 S127의 처리 후, 모터(21)(절삭공구)가 정지했는지의 여부, 즉 회전속도(Rr)가 0인지 아닌지의 판단을 한다(스텝 S129). 그리고, 회전속도(Rr)가 0이 아닌, 즉 모터(21)가 회전을 계속하고 있는 경우(스텝 S129: No)에는 스텝 S103으로 되돌아가, 이후의 처리가 이루어진다. 여기서, 스텝 S103에 되돌아감으로써, 시술자가 작업을 중단하고 절삭공구를 근관으로부터 뽑아 무부하가 되어도, 모터(21)의 회전속도(Rr)가 제1제한회전속도(R1)를 초과하는 일이 없으므로, 모터(21)가 발열하는 일은 없다.
스텝 S129의 판단 결과, 모터(21)의 회전속도(Rr)가 0, 즉 모터(21)의 회전이 정지한 경우(스텝 S129: Yes), 모터전류(Im)를 제2제한전류(I2) 이하까지 내리는 처리를 다음과 같이 실시한다. 이 처리는 구동전압(Vd)(PWM신호의 듀티비)를 저감시킴으로써 이루어진다.
모터전류(Im)와 제2제한전류(I2)를 비교한다(스텝 S131).
그 결과, 모터전류(Im)가 제2제한전류(I2)를 초과한 경우(스텝 S131: No), 모터전류(Im)를 내리기 위해, 모터(21)에 인가하는 구동전압(Vd)을 내린다(스텝 S133). 스텝 S131의 판단 결과, 모터전류(Im)가 제한전류(I2) 이하까지 내렸다면(스텝 S131: Yes), 구동전압(Vd)을 인가하는 것을 멈추고, 모터(21)로의 전력공급을 정지한다(스텝 S135).
이상이 본 실시형태의 모터제어장치(1)의 정지 모드의 제어방법이다. 여기서, 모터(21)의 회전속도(Rr)가 0이 되는(모터(21)의 회전이 정지하는) 것과 동시에, 모터(21)에 구동전압(Vd)을 인가하는 것을 멈추고 모터전류(Im)를 0으로 하면, 환자 및 시술자는 토크 빠짐을 느낀다. 그러나, 본 실시형태에서는 모터전류(Im)가 제1제한전류(I1)에서 제2제한전류(I2) 이하까지 내려간 후에, 모터(21)로의 전력공급을 정지한다. 이 모터(21)의 회전이 정지하고나서 전력공급을 정지시킬 때까지 동안에, 모터전류(Im)를 제1제한전류(I1)로부터 제2제한전류(I2)로 점차 감소시키면, 토크 빠짐을 느낄 일은 없다.
또한, 모터(21)로의 전력공급 정지 후, 시술자가 풋 페달(15)을 다시 밟으면, 제어부(3)는 스텝 S103에서부터 처리를 시작한다.
<정지 모드의 제어특성>
도 3은 도 2의 본 발명의 실시형태인 정지 모드의 제어특성을 나타내는 도면이다. 도 3에 있어서, 좌측의 세로축은 모터(21)의 회전속도(Rr)이며, 우측의 세로축은 모터(21)의 모터전류(Im)를, 가로축은 모터(21)의 부하토크(Tr)를 나타내고 있다.
모터(21)가 정회전하여, 제1제한회전속도(R1)에 도달할 때까지 모터(21)의 회전속도(Rr)는 증가한다.
모터(21)의 회전속도(Rr)가 제1제한회전속도(R1)에 도달하면, 회전속도(Rr)를 제1제한회전속도(R1)로 유지하도록 피드백 제어가 이루어진다.
절삭이 진행됨에 따라 절삭공구에 가해지는 부하토크(Tr)도 증가하는데, 부하토크(Tr)가 제한토크(T1)에 도달할 때까지 회전속도(Rr)를 제1제한회전속도(R1)로 유지하며, 한편, 부하토크(Tr)가 제한토크(T1)에 도달하면, 모터전류(Im)를 제1제한전류(I1)로 유지한다.
절삭공구에 가해지는 부하토크(Tr)가 증가하여 모터(21)의 구동토크가 부하에 저항할 수 없게 되면, 모터(21)의 회전은 정지한다.
모터제어장치(1)는 모터(21)의 회전이 정지한 것을 검지하면, 모터전류(Im)가 제2제한전류(I2) 이하가 될 때까지 모터(21)의 구동전압(Vd)(PWM신호의 듀티비)을 내리고, 모터전류(Im)가 제2제한전류(I2) 이하가 되었다면, 모터(21)로의 전력공급을 멈춘다.
이상과 같이 본 실시형태에 따르면, 제한토크(T1)를 초과하지 않도록 피드백 제어를 하므로, 절삭공구의 파손을 방지함과 아울러 효율적으로 시술을 할 수 있다.
또한, 본 실시형태에 따르면, 부하토크(Tr)가 제한토크(T1)에 도달한 후, 모터(21)로의 구동전압(Vd)의 인가를 돌연 정지하는 것이 아니라, 공급할 전력을 점차 감소시키고나서 정지시킬 수 있으므로, 환자 및 시술자에게 주는 위화감을 저감시킬 수 있다.
또한, 본 발명자의 견해에 따르면, 제2제한전류(I2)는 제1제한전류(I1)의 1/5 이하, 바람직하게는 1/7 이하, 보다 바람직하게는 1/10 이하로 하면 위화감을 저감시킬 수 있다.
[역회전 모드]
<역회전 모드의 제어플로우>
이하, 역회전 모드를 도 4에 기초하여 설명한다.
또한, 도 4의 스텝 S101에서 스텝 S133까지는 도 2에 나타낸 정지 모드와 동일한 처리가 이루어지므로, 그 이후의 처리에 대해 설명한다.
스텝 S131의 판단 결과, 모터전류(Im)가 제2제한전류(I2) 이하가 된 경우(스텝 S131: Yes), 제어부(3)는 모터(21)를 역회전시킨다(스텝 S141).
모터(21)가 역회전을 시작하면, 모터(21)의 회전속도(Rr)가 제2제한회전속도(R2)에 도달했는 지의 여부를 판단한다(스텝 S143).
스텝 S143의 판단 결과, 모터(21)의 회전속도(Rr)가 제2제한회전속도(R2) 이하인 경우(스텝 S143: No), 회전속도(Rr)를 올리기 위해, 제어부(3)는 모터(21)에 인가하는 구동전압(Vd)을 올려(스텝 S145), 재차 스텝 S143의 판단을 한다.
즉, 모터(21)의 회전속도(Rr)가 제2제한회전속도(R2)를 초과할 때까지, 모터(21)에 인가하는 구동전압(Vd)을 점차 증가시켜간다.
스텝 S143의 판단 결과, 모터(21)의 회전속도(Rr)가 제2제한회전속도(R2)를 초과한 경우(스텝 S143: Yes), 모터(21)의 회전속도(Rr)를 내리기 위해, 제어부(3)는 모터(21)에 인가하는 구동전압(Vd)을 내린다(스텝 S147).
스텝 S143에서는 근관에 파고든 절삭공구가 해제되었는 지의 여부를 모터(21)의 회전속도(Rr)로부터 판단하므로, 시술자가 절삭공구를 근관으로부터 뽑아낼 때의 무부하시의 회전속도(Rr)를 제2제한회전속도(R2)로서 설정한다.
그 후, 모터(21)(절삭공구)가 정지했는 지의 여부, 즉 회전속도(Rr)가 0인지의 여부를 판단한다(스텝 S149).
스텝 S149의 판단 결과, 회전속도(Rr)가 0이 아닌 경우(스텝 S149: No)에는 아직 모터(21)의 회전이 정지하고 있지 않으므로, 재차 스텝 S147에 되돌아가 회전속도(Rr)를 내린다. 이와 같이, 여기에서는 모터(21)의 회전이 정지할 때까지 모터(21)의 회전속도(Rr)를 점차 감소시킨다.
스텝 S149의 판단 결과, 회전속도(Rr)가 0(제로)인 경우(스텝 S149: Yes), 스텝 S101로 되돌아가 모터(21)를 정회전시킨다.
이상과 같이 본 실시형태에 따르면, 제한토크(T1)를 초과하지 않도록 피드백 제어를 하므로, 절삭공구의 파손을 방지함과 아울러, 절삭공구가 근관에 파고들었다고 하더라도 역회전시켜 파고듦을 해제하고, 다시 정회전하므로 효율적으로 시술을 할 수 있다.
또한, 모터전류(Im)가 제1제한전류(I1)에서 제2제한전류(I2)까지 내려간 후에 모터(21)를 역회전시키므로, 모터(21)의 역회전 시에 발생하는 토크 빠짐을 저감시킬 수 있다.
이 본 실시형태에서는 제2제한회전속도(R2)를 무부하시의 회전속도(Rr)로 설정한다고 설명하였는데, 경험상, 파고듦이 해제되었다고 판단할 수 있는 회전속도(Rr)가 분명한 것이면, 그 회전속도(Rr)로 하면 되며, 제2제한회전속도(R2)의 설정값은 무부하시의 회전속도(Rr)로 한정되는 것은 아니다.
<역회전 모드의 제어특성>
도 5는 도 4의 본 발명의 실시형태인 역회전 모드의 제어특성을 나타내는 도면이다.
도 5에 있어서, 부하토크(Tr)가 제한토크(T1)에 도달하고, 그 후 모터(21)의 회전이 정지하여, 모터전류(Im)가 제2제한전류(I2)에 도달할 때까지의 제어특성은 정지 모드와 동일하므로, 그 이후에 대해 설명한다.
모터(21)에 인가하는 구동전압(Vd)을 내려, 모터전류(Im)가 제2제한전류(I2)까지 저하되면, 모터(21)에 인가하는 구동전압(Vd)의 방향을 바꿈으로써, 모터(21)를 역회전시킨다.
구동전압(Vd)이 증가하여 모터(21)의 회전속도(R2)가 제2제한회전속도(R2)에 도달하면, 모터전류(Im)가 0이 될 때까지 구동전압(Vd)이 감소한다. 모터전류(Im)가 0이 되었다면 모터(21)는 정회전한다.
이와 같이, 역회전 모드에서는 파고들어 회전하기 어려워진 절삭공구를 역회전시키고, 다시 정회전시키므로, 절삭공구의 근관으로의 파고듦을 해제한 후, 불필요한 조작을 하지 않고 시술을 계속할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 실시형태는 부하토크를 감시하면서 피드백 제어를 하기 때문에, 절삭공구의 파손을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 절삭효율이 뛰어난 피드백 제어의 이점을 살리면서 시술을 진행할 수 있다.
또한, 모터전류(Im)가 제1제한전류(I1)로부터 제2제한전류(I2) 이하가 되었을 때에, 모터(21)로의 전력공급을 정지하거나, 또는 모터(21)를 역회전시키므로, 토크 빠짐으로 인한 위화감을 저감시킬 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는 외부의 교류전원을 사용하는 구성으로 설명하였데, 이에 한정되지 않고, 전원에 전지를 사용한 코드리스 방식의 치과용 핸드피스에 회로를 내장함으로써 대응할 수도 있다.
또한, 본 실시형태에서는 PWM 구동방식에 의해 모터(21)의 회전속도를 제어하고 있는데, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 예를 들면 PAM(Pulse Amplitude Modulation) 구동방식 등의 다른 구동방식을 채용할 수 있다. PAM 구동방식을 채용할 경우, 브러시 모터를 사용한다.
또한, 역회전 모드에서는 모터(21)를 역회전시킨 후에 정회전시키는 예를 나타내었는데, 모터(21)를 역회전시킨 후에 모터(21)를 정지시킬 수도 있는 것은 이상 나타낸 실시형태로 볼 때 분명하다.
1 : 모터제어장치
3 : 제어부
5 : 구동부
7 : 교류전원
11 : 조작부
13 : 표시부
15 : 풋 페달
17 : 전원부
20 : 모터전류검출부
21 : 모터
25 : 기억부
26 : 부하토크검출부
27 : 회전속도검출부

Claims (8)

  1. 절삭공구를 회전구동시키는 모터를 구비하는 치과용 핸드피스의 모터제어장치로서,
    상기 절삭공구에 가해지는 부하토크를 검출하는 부하토크검출부와,
    상기 모터의 회전속도를 검출하는 회전속도검출부와,
    상기 모터의 회전속도 및 모터전류를 제어하는 제어부를 구비하며,
    상기 제어부는
    상기 부하토크검출부에서 검출된 상기 부하토크가 미리 설정된 제한토크값을 초과하면, 상기 모터전류를 제1제한전류로 제한하고,
    상기 부하토크가 상기 제한토크값을 초과하고, 또한 상기 모터의 회전이 정지한 것을 상기 회전속도검출부가 검출하면, 상기 모터전류를 상기 제1제한전류보다도 낮은 제2제한전류 이하로 제어하는 것을 특징으로 하는 치과용 핸드피스의 모터제어장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 모터전류가 제2제한전류 이하가 되었을 때에, 상기 모터로의 전력 공급을 정지하는 것을 특징으로 하는 치과용 핸드피스의 모터제어장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 모터전류가 제2제한전류 이하가 되었을 때에, 상기 모터를 역회전시키는 것을 특징으로 하는 치과용 핸드피스의 모터제어장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 모터전류가 제2제한전류 이하가 되었을 때에, 상기 모터를 역회전시키고, 그런 후, 상기 모터를 상기 역회전 전의 방향인 정회전을 시키는 것을 특징으로 하는 치과용 핸드피스의 모터제어장치.
  5. 절삭공구를 회전구동시키는 모터를 구비하는 치과용 핸드피스의 모터제어방법으로서,
    상기 절삭공구에 가해지는 부하토크가 미리 설정된 제어토크값을 초과하면, 상기 모터에 흐르는 모터전류를 제1제한전류로 제한하는 스텝 a와,
    상기 부하토크가 상기 제한토크값을 초과하고, 또한 상기 모터의 회전이 정지한 것을 검출하면, 상기 모터전류를 상기 제1제한전류보다도 낮은 제2제한전류 이하로 제어하는 스텝 b를 구비하고, 상기 모터를 제어하는 모터제어장치가 상기 스텝 a 및 스텝 b를 실시하는 것을 특징으로 하는 치과용 핸드피스의 모터제어방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 스텝 b에서 상기 모터전류가 제2제한전류 이하가 되었을 때에,
    상기 모터로의 전력공급을 정지하는 것을 특징으로 하는 치과용 핸드피스의 모터제어방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 스텝 b에서 상기 모터전류가 제2제한전류 이하가 되었을 때에,
    상기 모터를 역회전시키는 것을 특징으로 하는 치과용 핸드피스의 모터제어방법.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 스텝 b에서 상기 모터전류가 제2제한전류 이하가 되었을 때에,
    상기 모터를 역회전시키고, 그런 후, 상기 모터를 상기 역회전 전의 방향인 정회전을 시키는 것을 특징으로 하는 치과용 핸드피스의 모터제어방법.
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