KR101772201B1 - 스텝 모터 탈조 감지 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 스텝 모터 탈조 감지 시스템은, 스텝 모터의 고정자 권선 전류신호를 검출하는 권선전류 검출부; 상기 권선전류 검출부에서 검출된 전류신호를 전압신호로 변환하는 전압변환부; 상기 전압변환부에서 변환된 전압신호의 크기를 증폭시키는 차동증폭부; 상기 차동증폭부에서 증폭된 전압신호를 미분하는 미분부; 및 상기 미분부에서 나온 전압신호를 상기 차동증폭부의 기준전압과 비교하여 탈조 발생 여부를 판단하는 비교부;를 포함하며, 상기 미분부는 상기 차동증폭부에서 나온 정현파 전압신호를 구형파 전압신호로 변환하고, 상기 비교부는 상기 구형파 전압신호의 펄스 간격 변화 여부 또는 주파수의 변화 여부를 감지할 수 있다.

Description

스텝 모터 탈조 감지 시스템 및 방법{System and method for detecting missing step of step motor}
본 발명은 스텝 모터 탈조 감지 시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 스텝 모터의 초기화 시간을 줄이고 모터 수명을 연장할 수 있는 스텝 모터 탈조 감지 시스템 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 스텝 모터(step motor) 또는 스테핑 모터(stepping motor)는 입력 펄스에 맞추어 일정한 각도 단위로 회전하므로 펄스 모터라고도 하는데, 일정 각도로 회전하므로 위치정보를 궤환시키지 않고 현재의 위치정보를 알 수 있다. 그러므로 스텝 모터는 여러 가지 분야에 사용할 수 있다.
또한, 스텝 모터는 소형, 고토크, 고수명이라는 장점이 있으며 스텝 모터의 위치를 피드백 하지 않는 개방 루프(open loop) 제어에 의한 구동 방법이 일반적이다. 그러나, 이 개방 루프 제어에 의한 구동에서는 모터의 회전각도가 목표로부터 벗어나는 탈조(脫調, missing-step), 모터의 진동, 고속회전의 달성이 곤란한 등의 문제가 있다.
특히, 스텝 모터(또는 "스테핑 모터"라고도 함)는 회전자(rotor)의 회전에 이상이 발생하게 되면 고정자(stator)의 권선(coils)에 흐르는 전류의 흐름이 바뀌는 현상을 탈조(missing-step)라고 하는데, 스텝 모터의 위치 초기화를 하기 위해서는 스텝 모터의 탈조를 감지하는 것이 필요하다.
최근 들어서 해상 선박 등에 탑재되는 위성안테나에도 스텝 모터가 적용되고 있다. 선박용 위성안테나의 경우에는 반사판 등의 구동을 위해서 스텝 모터가 사용된다.
위성안테나의 경우 스텝 모터의 탈조가 감지되면 반사판 등의 구동을 멈추고 그 지점부터 위성안테나를 초기화하게 되는데, 위성안테나를 초기화하기 위해서 스텝 모터를 일정 시간 동안 강제적으로 탈조시키는 방법을 사용하고 있다. 즉, 위성안테나의 전원을 오프(OFF)한 후 다시 온(ON)하게 되면 안테나의 초기 위치를 알 수 없다는 문제가 있는데, 이를 해결하기 위해서 스텝 모터를 일정 시간 동안 강제 탈조시키고 탈조가 일어난 지점(시점)에 안테나의 위치 초기화를 수행하면, 초기화 이후 스텝 모터의 펄스를 카운트함으로써 안테나의 위치를 쉽게 알 수 있다.
그러나, 이러한 종래의 초기화 방법의 경우에는 무조건 스텝 모터를 강제로 탈조시켜야 하는데, 탈조로 인해 모터의 진동이 발생하고 모터의 수명이 단축되는 문제가 있다. 또한, 탈조시 발생하는 모터의 진동으로 인해 안테나의 초기 위치가 어긋날 수도 있다. 뿐만 아니라 탈조 시간 동안 초기화가 지연되거나 초기화가 빨리 이루어지지 못하는 문제도 있다.
따라서, 본 출원인은, 상기와 같이 문제를 해결하기 위해서 초기화 시간을 줄이고 모터 수명을 늘일 수 있는 스텝 모터 탈조 감지 기술을 제안하게 되었으며, 종래기술과 관련된 참고문헌으로는 한국공개특허 제10-1999-0051570호의 '스텝핑 모터 탈조 감지 장치 및 방법'이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 스텝 모터의 초기화 소요시간을 줄일 수 있는 스텝 모터 탈조 감지 시스템 및 방법을 제공한다.
본 발명은 스텝 모터의 수명을 늘이고 내구성을 향상시키며 진동으로 인한 소음을 줄일 수 있는 스텝 모터 탈조 감지 시스템 및 방법을 제공한다.
본 발명은 스텝 모터의 위치 초기화를 수행함에 있어서 스텝 모터의 위치 정확도를 향상시킬 수 있는 스텝 모터 탈조 감지 시스템 및 방법을 제공한다.
상기한 바와 같은 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 스텝 모터 탈조 감지 시스템은, 스텝 모터의 고정자 권선 전류신호를 검출하는 권선전류 검출부; 상기 권선전류 검출부에서 검출된 전류신호를 전압신호로 변환하는 전압변환부; 상기 전압변환부에서 변환된 전압신호의 크기를 증폭시키는 차동증폭부; 상기 차동증폭부에서 증폭된 전압신호를 미분하는 미분부; 및 상기 미분부에서 나온 전압신호를 상기 차동증폭부의 기준전압과 비교하여 탈조 발생 여부를 판단하는 비교부;를 포함하며, 상기 미분부는 상기 차동증폭부에서 나온 정현파 전압신호를 구형파 전압신호로 변환하고, 상기 비교부는 상기 구형파 전압신호의 펄스 간격 변화 여부 또는 주파수의 변화 여부를 감지할 수 있다.
상기 전압변환부는 션트 저항기를 이용하여 권선 전류신호를 전압신호로 변환할 수 있다.
상기 비교부에서 나온 전압신호는, 상기 미분부에서 나온 전압신호와 동일한 파형 특성을 가지며 스텝 모터의 탈조 여부 판단에 이용될 수 있다.
스텝 모터의 고정자 권선 전류신호를 검출하는 권선전류 검출부; 상기 권선전류 검출부에서 검출된 전류신호를 전압신호로 변환하는 전압변환부; 상기 전압변환부에서 변환된 전압신호의 크기를 증폭시키는 차동증폭부; 상기 차동증폭부에서 증폭된 정현파 전압신호를 미분하여 구형파 전압신호로 변환하는 미분부; 상기 미분부에서 나온 전압신호와 상기 차동증폭부에서의 기준전압을 비교하여 스텝 모터의 탈조 판단에 이용되는 신호를 검출하는 비교부; 및 상기 비교부에서 나온 전압구형파 전압신호의 펄스 간격에 변화가 있는지를 감지하여 스텝 모터의 탈조 여부를 판단하는 탈조판단부;를 포함하며, 상기 탈조판단부는 상기 구형파 전압신호의 펄스 간격 변화가 발생하는 경우에 탈조가 발생한 것으로 판단할 수 있다.
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삭제
상기 탈조판단부는 소정 시간 동안 상기 구형파 전압신호의 펄스 간격 변화가 연속적 또는 반복적으로 발생하는 경우에 탈조로 판단할 수 있다.
상기 탈조판단부는 소정 시간 동안 발생한 상기 구형파 전압신호의 펄스 간격 변화의 평균값을 이용하여 탈조 여부를 판단할 수 있다.
상기 탈조판단부는, 상기 구형파 전압신호의 펄스 간격에 변화가 있다고 감지되면 상기 정현파 전압신호의 기울기가 변한다고 감지하여 스텝 모터의 탈조 발생 여부를 판단할 수 있다.
삭제
한편, 발명의 다른 분야에 의하면, 본 발명은 상기한 시스템을 이용한 스텝 모터 탈조 감지 방법에 있어서, 상기 권선전류 검출부에 의해, 상기 스텝 모터의 고정자 권선 전류신호를 검출하는 단계; 상기 전압변환부에 의해, 상기 전류신호를 전압신호로 변환하는 단계; 상기 차동증폭부에 의해, 정현파 형태인 상기 전압신호의 크기를 증폭하는 단계; 상기 미분부에 의해, 상기 증폭된 정현파 전압신호를 미분하는 단계; 상기 비교부에 의해, 상기 증폭된 정현파 전압신호의 기울기 변화 여부를 감지하는 단계; 및 상기 탈조판단부에 의해, 상기 스텝 모터의 탈조 여부를 판단하는 단계;를 포함하고, 상기 증폭된 정현파 전압신호를 미분하는 단계에서는 정현파 전압신호가 구형파 전압신호로 변환되며, 상기 증폭된 정현파 전압신호의 기울기 변화 여부를 감지하는 단계에서는 상기 구형파 전압신호의 펄스 간격 변화가 감지되면 정현파 형태인 상기 전압신호의 기울기가 변한다고 감지하는 것을 특징으로 하는 스텝 모터 탈조 감지 방법을 제공할 수 있다.
상기 증폭된 정현파 전압신호의 기울기 변화 여부를 감지하는 단계에서는 상기 정현파 전압신호의 기울기가 변하는 시점을 알려줄 수 있다.
상기 스텝 모터의 탈조 여부를 판단하는 단계에서는 소정 시간 동안 상기 구형파 전압신호의 펄스 간격 변화가 연속적 또는 반복적으로 발생하는 경우에 스텝 모터에 탈조가 발생한 것으로 판단할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 스텝 모터 탈조 감지 시스템 및 방법은 스텝 모터의 권선전류의 파형으로부터 모터 탈조 여부를 판단할 수 있기 때문에 스텝 모터의 초기화에 소요되는 시간을 줄일 수 있다.
본 발명은 스텝 모터의 탈조가 발생했다고 판단되면 그 즉시 모터의 구동을 멈추기 때문에 모터의 수명을 늘이고 내구성을 향상시킬 수 있다.
본 발명은 초기화를 위해서 모터 탈조를 강제로 발생시키는 과정이 필요 없기 때문에 모터의 탈조시 발생하는 진동으로 인한 소음을 줄일 수 있다.
본 발명은 스텝 모터의 전류 신호 또는 전압 신호의 파형으로부터 탈조 여부를 판단하기 때문에 탈조 판단의 정확성을 높일 수 있다.
본 발명은 스텝 모터의 위치 초기화를 수행함에 있어서 스텝 모터의 위치 정확도를 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스텝 모터 구동 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스텝 모터 탈조 감지 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 스텝 모터 탈조 감지 시스템의 회로 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4 내지 도 8은 본 발명은 일 실시예에 따른 탈조 감지 시스템에서 출력되는 신호 파형을 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 스텝 모터 탈조 감지 방법을 도시한 순서도이다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스텝 모터 구동 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 블록도, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스텝 모터 탈조 감지 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 블록도, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 스텝 모터 탈조 감지 시스템의 회로 구성을 개략적으로 도시한 도면, 도 4 내지 도 8은 본 발명은 일 실시예에 따른 탈조 감지 시스템에서 출력되는 신호 파형을 나타내는 도면, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 스텝 모터 탈조 감지 방법을 도시한 순서도이다.
도 1에는 본 발명에 따른 스텝 모터 구동 시스템이 도시되어 있다. 마이크로 컨트롤러(4)는 여자시퀀스 발생부(3)에 펄스 열(pulse series)과 방향신호를 인가한다. 펄스 열과 방향신호를 인가받은 여자시퀀스 발생부(3)는 전류 구동부(2)에 각 상의 구동신호를 인가하게 된다. 전류구동부(2)는 마이크로 스텝 구동에 의해서 스텝 모터(1)를 구동하게 된다.
여기서, 본 발명의 일 실시예에 따른 스텝 모터 탈조 감지 시스템(100)은 스텝 모터(1)와 전류 구동부(2) 사이에 연결되어 스텝 모터(1)에 탈조가 발생하는지 여부를 감지하고 판단하게 된다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 스텝 모터 탈조 감지 시스템(100)은, 스텝 모터(1)의 고정자 권선 전류신호를 검출하는 권선전류 검출부(110), 상기 권선전류 검출부(110)에서 검출된 전류신호를 전압신호로 변환하는 전압변환부(120), 상기 전압변환부(120)에서 변환된 전압신호의 크기를 증폭시키는 차동증폭부(130), 상기 차동증폭부(130)에서 증폭된 전압신호의 변화 여부를 감지하는 미분부(140) 및 상기 미분부(140)에서 나온 전압신호를 기준값과 비교하여 탈조 발생 여부를 판단하는 비교부(Comparator, 150)를 포함할 수 있다.
한편, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 스텝 모터 탈조 감지 시스템(100)의 회로도를 개략적으로 도시한 도면이다. 도 3에 도시된 회로도는 2상 여자방식에 의해서 작동하는 스텝 모터에 적용되는 것으로서, 위쪽의 회로도는 위상 A(phase A)의 회로도이고 아래쪽의 회로도는 위상 B(phase B)의 회로도인데, 양자의 회로도 구성은 동일하다. 따라서 설명의 편의를 위해서 위상 A에 대한 회로도 구성을 예시적으로 설명한다. 도 3에서 도면부호 "160"으로 표시된 부분은 레벨 쉬프터(Level Shifter)이다.
여기서, 상기 미분부(140)는 상기 차동증폭부(130)에서 나온 정현파(sinusoidal) 전압신호를 구형파로 변환하여 상기 전압신호의 기울기 변화 여부를 감지하고, 이를 이용하여 스텝 모터(1)에 탈조가 발생했는지 여부를 판단할 수 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 스텝 모터 탈조 감지 시스템(100)은 스텝 모터(1)의 권선 코일에서 검출되는 전류의 파형으로부터 탈조 여부를 감지하기 때문에 보다 정확하고 빠르게 모터의 탈조 여부를 판단하고, 탈조라고 판단된 경우에는 그 즉시 모터의 작동을 정지함으로써 모터 또는 모터에 의해 구동되는 구조물의 손상 등을 방지할 수 있다.
권선전류검출부(110)는 스텝 모터(1)의 고정자 권선 코일에서 나오는 전류를 검출하는 것이 바람직하다. 스텝 모터(1)의 회전자의 회전에 이상이 발생하게 되면 고정자의 권선 코일에 흐르는 전류의 흐름이 바뀌게 되는데, 이러한 변화를 감지하기 위해서 권선 코일의 전류를 검출하게 된다.
앞서 설명한 바와 같이, 스텝 모터(1)는 저속 영역에서 많은 진동을 발생시키고, 공진 영역에서 구동될 때에는 탈조가 발생하기 쉽기 때문에 이를 방지하기 위해서 미세 스텝으로 구동하는 마이크로 스텝 구동(micro step driving)을 이용하는 것이 바람직하다. 마이크로 스텝 구동은 스텝 모터의 각 상(phase)의 전류를 사인파(sine wave) 형태로 제어하여 미세한 각도로 구동할 수 있는 제어 방식이다.
본 발명에 따른 탈조 감지 시스템(100)에서도 마이크로 스텝 구동에 따른 전류를 검출하여 탈조 여부를 판단하게 된다.
상기 전압변환부(120)는 션트 저항기(shunt resistor)를 이용하여 권선 전류신호를 전압신호로 변환할 수 있다. 이 때, 전류신호가 전압신호로 변환되면 상대적으로 낮거나 작은 전압신호가 검출되는데, 작은 신호의 경우 후술하는 미분부(140)에서 신호의 기울기 변화 여부를 정확하게 판별하지 못할 수도 있다. 따라서, 본 발명에 따른 탈조 검지 시스템(100)은 차동증폭부(130, Differential Amplifier)를 구비하여 상기 전압변환부(120)에서 변환된 전압신호의 크기를 증폭시키게 된다. 차동증폭부(130)에서는 소정의 기준전압을 기준으로 하여 전압신호를 증폭하게 된다.
증폭된 전압신호는 미분부(140)로 입력되는데, 미분부(140, Differentiator)는 전압신호를 미분하여 전압신호의 변화 여부를 감지할 수 있다.
상기한 바와 같이, 마이크로 스텝 구동으로 스텝 모터(1)를 구동하게 되면 각 상에 흐르는 전류 파형은 사인파(sine wave) 형태로 나타나게 된다. 사인파의 차분(미분)값은 코사인파(cosine wave)의 형태로 나타나게 된다. 두 상의 부호가 바뀌는 지점은 전류 흐름의 변곡점을 나타내게 된다. 그래서 차분(미분)값의 부호가 바뀌는 지점에서 기준 전압과 비교하고 큰지 작은지를 판단하여 탈조가 발생했는지를 판단할 수 있다. 여기서, 사인파와 코사인파는 모두 정현파(sinusoidal wave)라고 할 수 있다.
상기 미분부(140)는 상기 차동증폭부(130)에서 나온 정현파 전압신호의 기울기 변화를 감지할 수 있다. 즉, 상기 미분부(140)는 상기 차동증폭부(130)에서 나온 사인파형의 전압신호를 코사인파형의 전압신호로 변환하고, 전압신호의 변곡점에서의 기울기 변화 여부를 감지할 수 있다. 다시 말하면, 미분부(140)는 차동증폭부(130)에서 측정된 신호가 급격히 변화하는지 여부를 감지할 수 있다.
미분부(140)에서는 사인파 또는 정현파 형태의 전압신호를 미분하여 구형파(square wave) 형태의 전압신호를 생성할 수 있다. 스텝 모터(1)에 탈조가 발생하게 되면 사인파 또는 정현파 형태의 전압신호의 파형에 있어서는 기울기가 변하게 되고, 구형파 형태의 전압신호의 파형에 있어서는 펄스 간격에 변화가 생기게 된다. 여기서, 상기 미분부(140)는 변환된 상기 구형파 전압신호의 펄스 간격의 변화 여부를 감지할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 탈조 감지 시스템(100)은 정현파 전압신호의 기울기 변화 여부 또는 구형파 전압신호의 펄스 간격 변화 여부로부터 스텝 모터의 탈조 여부를 판별해 낼 수 있다.
실질적으로 모터의 탈조 여부 판단에 이용되는 전압신호는 비교부(150)에서 나온 전압신호이다. 비교부(150)에서 나온 전압신호는 미분부(140)에서 나온 신호와 동일한 파형 특성을 가진다. 즉, 정현파 전압신호의 기울기 변화 여부 또는 구형파 전압신호의 펄스 간격 변화 여부는 미분부(140)를 통과한 신호나 비교부(150)를 통과한 신호에서 동일하다.
비교부(150)는 미분부(140)에서 출력된 전압신호와 차동증폭부(130)에서의 기준전압을 비교하여 신호를 검출하는 부분이다. 예를 들면, 비교부(150)는 미분부(140)에서 출력된 전압신호가 동작점 이하인 경우에는 신호가 아니라고 판단하고 동작점 이상인 경우에만 신호라고 판단할 수 있다. 비교부(150)에서 신호로 판단된 경우에 한하여 탈조 판단에 이용될 수 있다.
또한, 비교부(150)는 미분부(140)에서 출력되는 전압신호의 부호가 바뀌는 지점에서 측정된 전압신호가 차동증폭부(130)에서의 기준전압(threshold)보다 큰지 작은지 여부를 판별하고 스텝 모터(1)의 탈조 발생 여부를 판단할 수 있다.
뿐만 아니라, 비교부(150)는 미분부(140)에서 나온 전압신호의 주파수를 모니터링 하고 주파수의 변화 여부를 감지할 수도 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 스텝 모터 탈조 감지 시스템(100)은 비교부(150)에서 나온 정현파 전압신호의 기울기에 변화가 있는지 또는 구형파 전압신호의 펄스 간격에 변화가 있는지를 감지하여 스텝 모터(1)의 탈조 여부를 판단하는 탈조판단부(170)를 더 포함할 수 있다.
상기 탈조판단부(170)는 상기 정현파 전압신호의 기울기 변화 또는 상기 구형파 전압신호의 펄스 간격 변화가 발생하는 경우에 스텝 모터(1)에 탈조가 발생한 것으로 판단할 수 있다.
다만, 경우에 따라서는 별도 탈조판단부(170)를 생략하고 비교부(150)에서 정현파 전압신호의 기울기에 변화가 있는지 또는 구형파 전압신호의 펄스 간격에 변화가 있는지 또는 주파수 변화가 있는지를 감지하여 스텝 모터(1)의 탈조 여부를 판단할 수도 있다. 이하에서는 탈조판단부(170)가 구비된 경우에 대하여 예시적으로 설명한다.
탈조판단부(170)는 소정 시간 동안 상기 정현파 전압신호의 기울기 변화 또는 상기 구형파 전압신호의 펄스 간격 변화가 연속적 또는 반복적으로 발생하는 경우에 탈조로 판단할 수 있다. 만약, 정현파 전압신호의 기울기 변화가 한 번만 발생한 경우에도 스텝 모터에 탈조가 발생한 것으로 판단하거나, 구형파 전압신호의 펄스 간격 변화가 한 번만 발생한 경우에도 스텝 모터에 탈조가 발생한 것으로 판단한다면 탈조 판단 결과가 부정확해질 수도 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 스텝 모터 탈조 감지 시스템(100)에서는 정현파 전압신호의 기울기 변화 또는 구형파 전압신호의 펄스 간격 변화가 수 차례 반복적으로 검출되거나 일정한 시간 동안 반복되는 경우에 한하여 스텝 모터(1)에 탈조가 발생한 것으로 판단함으로써 탈조 판단의 정확성을 향상시킬 수 있다.
예를 들면, 탈조판단부(170)에서는 정현파 전압신호의 기울기 변화 또는 구형파 전압신호의 펄스 간격 변화가 일정 시간 동안 5차례 연속하여 발생하면 스텝 모터(1)에 탈조가 발생한 것으로 판단하고 스텝 모터(1)의 구동을 정지시킬 수 있다. 여기서, 정현파 전압신호의 기울기 변화 또는 구형파 전압신호의 펄스 간격 변화가 몇 차례 검출되는 경우에 탈조라고 판단하는지, 또는 어느 정도의 시간 동안 검출되었을 때 탈조라고 판단하는지는 스텝 모터의 사양, 요구되는 탈조 판단의 정확도, 스텝 모터가 사용되는 기술 분야 등을 고려하여 결정될 수 있다.
또한, 탈조판단부(170)는 소정 시간 동안 발생한 상기 정현파 전압신호의 기울기 변화 또는 상기 구형파 전압신호의 펄스 간격 변화의 평균값을 이용하여 탈조 여부를 판단할 수 있다. 예를 들면, 일정 시간 동안 정현파 전압신호의 기울기 변화 또는 구형파 전압신호의 펄스 간격 변화가 일정 시간 동안 5차례 연속하여 발생한 경우에 5차례의 정현파 전압신호의 기울기 변화 또는 구형파 전압신호의 펄스 간격 변화의 평균을 구하고 이 평균으로부터 스텝 모터에 탈조가 발생하였는지 판단할 수도 있다.
상기에서 언급한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 스텝 모터 탈조 감지 시스템(100)은 고정자 권선에서 얻은 전압신호의 파형을 분석하여 탈조 여부를 판단하기 때문에 스텝 모터를 구동하면서 실시간으로 탈조를 감지할 수 있고 탈조가 감지되는 즉각적으로 스텝 모터를 정지시킬 수 있다.
이하에서는 전압신호의 파형으로부터 탈조 발생 여부를 어떻게 판단할 수 있는지에 대해서 설명한다.
도 4는 차동증폭부(130)에 입력되는 전압신호의 파형을 보여 주는 그래프이다. 도 4의 아래쪽에 있는 신호 파형(S2)을 보면 사인파 형태를 하고 있음을 알 수 있다.
차동증폭부(130)에서 증폭된 전압신호 파형은 도 5의 가장 위쪽에 도시된 그래프(S3)이다. 이를 참조하면 역시 사인파 형태의 파형임을 알 수 있다.
차동증폭부(130)에서 증폭되어 나온 사인파 또는 정현파 형태의 전압신호 파형은 미분부(140)를 거치면서 펄스파(pulse wave) 또는 구형파(square wave)로 변환되는데, 도 5의 가운데에 도시되어 있는 파형(S4)이 미분부(140)에서 미분된 신호의 파형이다.
도 5의 아래쪽에 도시되어 있는 파형(S5)은 비교부(150)에서 나온 전압신호의 파형이다. 미분부(140)에서 나온 파형과 비교부(150)에서 나온 파형의 전체적인 형태는 유사함을 알 수 있다.
한편, 도 5에 도시된 전압신호 파형에서 동그라미 표시된 부분에서 탈조가 발생한 것을 알 수 있다. 우선 맨 위쪽의 파형을 보면, 동그라미 표시된 부분의 파형이 다른 부분의 파형과 모양이 다름을 알 수 있는데, 동그라미 표시된 부분에서 파형이 기울기가 변했기 때문이고, 이는 스텝 모터에 탈조가 발생했기 때문이다. 또한, 도 5의 가운데와 아래쪽에 있는 파형에서도 동그라미 표시된 부분이 다른 부분과 펄스 간격이 다름을 알 수 있다. 즉, 가운데 파형의 경우 좌측에서 첫 번째와 두 번째 동그라미가 표시된 파형은 다른 부분보다 펄스 간격이 크고, 좌측에서 세 번째 동그라미가 표시된 파형은 다른 부분보다 펄스 간격이 작음을 알 수 있다. 마찬가지로, 도 5의 맨 아래에 표시된 비교부(150)에서 나온 파형도 좌측에서 첫 번째와 두 번째 동그라미가 표시된 부분은 다른 부분보다 펄스 간격이 큰 것이 나타나고, 세 번째 동그라미가 표시된 부분은 펄스 간격이 작은 것이 나타남을 알 수 있다.
스텝 모터(1)에 탈조가 발생하게 되면 정현파 형태의 전압신호에서는 기울기가 변하게 되고, 구형파 형태의 전압신호에서는 펄스 간격이 달라지게 되는데, 이러한 변화를 감지하여 스텝 모터(1)에 탈조가 발생했음을 알 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 스텝 모터 탈조 감지 시스템(100)은 비교부(150)에서 나온 파형을 모니터링 하다가 펄스 간격의 변화가 발견되면 탈조판단부(170)에서 탈조 유무를 판단하므로, 탈조 발생 여부를 실시간으로 모니터링 할 수 있을 뿐만 아니라 신속하고 정확하게 판단할 수 있다.
도 6은 탈조가 발생한 경우에 있어서 구형파 형태의 전압신호를 보여주는 다른 예로서, 동그라미 표시를 보면 펄스 간격이 확연하게 달라진 것을 알 수 있다.
한편, 도 7은 미분부(140)에 들어가는 사인파 또는 정현파 형태의 전압신호 파형이고, 도 8은 미분부(140)에서 나온 구형파 형태의 전압신호 파형이다. 도 7의 파형에는 정현파 신호의 기울기 변화가 명확하게 보이지 않지만, 도 8의 구형파 신호에서는 동그라미 표시 부분과 같이 펄스 간격 변화가 비교적 잘 나타남을 알 수 있다. 이처럼 본 발명의 일 실시예에 따른 스텝 모터 탈조 감지 시스템(100)에서는 미분부(140) 또는 비교부(150)를 통과한 구형파 전압신호의 모양을 모니터링 하여 탈조 여부를 판단하기 때문에 보다 정확하게 탈조 발생 여부를 판단할 수 있다.
한편, 도 9에 도시된 바와 같이 발명의 다른 분야에 의하면, 본 발명은 상기한 스텝 모터 탈조 감지 시스템(100)을 이용한 스텝 모터 탈조 감지 방법에 있어서, 상기 스텝 모터(1)의 권선 전류신호를 검출하는 단계(1100), 상기 전류신호를 전압신호로 변환하는 단계(1200), 상기 전압신호를 증폭하는 단계(1300), 상기 증폭된 전압신호를 미분하는 단계(1400), 상기 전압신호의 기울기 변화 여부를 감지하는 단계(1500) 및 상기 스텝 모터(1)의 탈조 여부를 판단하는 단계(1600)를 포함하는 스텝 모터 탈조 감지 방법을 제공할 수 있다.
여기서, 상기 전압신호를 미분하는 단계(1400)에서는 미분부(140)에 의해서 정현파 전압신호가 구형파 전압신호로 변환되며, 상기 전압신호의 기울기 변화 여부를 감지하는 단계(1500)에서는 상기 정현파 전압신호의 기울기 변화를 감지하거나 상기 구형파 전압신호의 펄스 간격 변화를 감지하여 탈조 여부를 판단할 수 있다.
상기 전압신호의 기울기 변화 여부를 감지하는 단계(1500)에서는 구형파 전압신호의 펄스 간격 변화 여부를 감지할 수도 있다. 상기 전압신호의 기울기 변화 여부를 감지하는 단계(1500)에서 기울기 변화 또는 펄스 간격 변화가 감지되면 탈조판단부(170)에서 모터 탈조 여부를 판단하게 되고(1600), 변화가 감지되지 않으면 전류검출부터 미분하는 단계가 반복적으로 수행될 수 있다.
한편, 상기 전압신호의 기울기 변화 여부를 감지하는 단계(1500)에서는 비교부(150)를 이용하여 상기 정현파 전압신호의 기울기가 변하는 시점을 알려줄 수 있다. 또한, 펄스 간격이 변하는 시점을 알려 줄 수도 있다. 비교부(150)에서 정현파 전압신호의 기울기가 변하는 시점 또는 구형파 전압신호의 펄스 간격이 변하는 시점을 알려 주면, 탈조판단부(170)에서는 탈조 판단을 위한 작동을 수행하게 된다.
상기 스텝 모터의 탈조 여부를 판단하는 단계(1600)에서는 탈조판단부(170)를 이용하여 소정 시간 동안 상기 전압신호의 기울기 변화 또는 상기 구형파 전압신호의 펄스 간격 변화가 연속적 또는 반복적으로 발생하는 경우에 스텝 모터(1)에 탈조가 발생한 것으로 판단하게 된다.
스텝 모터(1)에 탈조가 발생한 것으로 판단되면 스텝 모터(1)을 정지시키게 된다(1700).
상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 스텝 모터 탈조 감지 시스템 및 방법은 모터의 고정자 권선 전류 또는 전압의 파형 모양으로부터 탈조 여부를 판단하기 때문에 탈조 여부를 비교적 간단하고 빠르게 판단할 수 있다.
스텝 모터가 위성 안테나에 적용된 경우에, 위성 안테나의 초기화 작업을 수행할 때 본 발명에 따른 시스템 및 방법을 적용하여 스텝 모터의 탈조가 감지되면 그 즉시 스텝 모터를 정지시키고 그 시점부터 안테나를 초기화하면 되기 때문에 초기화에 소요되는 시간을 줄일 수 있고 정확한 초기화 작업을 수행할 수 있는 장점이 있다.
이상과 같이 본 발명의 일실시예에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
100: 스텝 모터 탈조 감지 시스템
110: 권선전류 검출부
120: 전압 변환부
130: 차동증폭부
140: 미분부
150: 비교부
170: 탈조판단부

Claims (11)

  1. 스텝 모터의 고정자 권선 전류신호를 검출하는 권선전류 검출부;
    상기 권선전류 검출부에서 검출된 전류신호를 전압신호로 변환하는 전압변환부;
    상기 전압변환부에서 변환된 전압신호의 크기를 증폭시키는 차동증폭부;
    상기 차동증폭부에서 증폭된 전압신호를 미분하는 미분부; 및
    상기 미분부에서 나온 전압신호를 상기 차동증폭부의 기준전압과 비교하여 탈조 발생 여부를 판단하는 비교부;를 포함하며,
    상기 미분부는 상기 차동증폭부에서 나온 정현파 전압신호를 구형파 전압신호로 변환하고,
    상기 비교부는 상기 구형파 전압신호의 펄스 간격 변화 여부 또는 주파수의 변화 여부를 감지하는 것을 특징으로 하는 스텝 모터 탈조 감지 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전압변환부는 션트 저항기를 이용하여 권선 전류신호를 전압신호로 변환하는 것을 특징으로 하는 스텝 모터 탈조 감지 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 비교부에서 나온 전압신호는, 상기 미분부에서 나온 전압신호와 동일한 파형 특성을 가지며 스텝 모터의 탈조 여부 판단에 이용되는 것을 특징으로 하는 스텝 모터 탈조 감지 시스템.
  4. 삭제
  5. 스텝 모터의 고정자 권선 전류신호를 검출하는 권선전류 검출부;
    상기 권선전류 검출부에서 검출된 전류신호를 전압신호로 변환하는 전압변환부;
    상기 전압변환부에서 변환된 전압신호의 크기를 증폭시키는 차동증폭부;
    상기 차동증폭부에서 증폭된 정현파 전압신호를 미분하여 구형파 전압신호로 변환하는 미분부;
    상기 미분부에서 나온 전압신호와 상기 차동증폭부에서의 기준전압을 비교하여 스텝 모터의 탈조 판단에 이용되는 신호를 검출하는 비교부; 및
    상기 비교부에서 나온 상기 구형파 전압신호의 펄스 간격에 변화가 있는지를 감지하여 스텝 모터의 탈조 여부를 판단하는 탈조판단부;를 포함하며,
    상기 탈조판단부는 상기 구형파 전압신호의 펄스 간격 변화가 발생하는 경우에 탈조가 발생한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 스텝 모터 탈조 감지 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 탈조판단부는 소정 시간 동안 상기 구형파 전압신호의 펄스 간격 변화가 연속적 또는 반복적으로 발생하는 경우에 탈조로 판단하는 것을 특징으로 하는 스텝 모터 탈조 감지 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 탈조판단부는 소정 시간 동안 발생한 상기 구형파 전압신호의 펄스 간격 변화의 평균값을 이용하여 탈조 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 스텝 모터 탈조 감지 시스템.
  8. 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 탈조판단부는,
    상기 구형파 전압신호의 펄스 간격에 변화가 있다고 감지되면 상기 정현파 전압신호의 기울기가 변한다고 감지하여 스텝 모터의 탈조 발생 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 스텝 모터 탈조 감지 시스템.
  9. 제8항에 따른 시스템을 이용한 스텝 모터 탈조 감지 방법에 있어서,
    상기 권선전류 검출부에 의해, 상기 스텝 모터의 고정자 권선 전류신호를 검출하는 단계;
    상기 전압변환부에 의해, 상기 전류신호를 전압신호로 변환하는 단계;
    상기 차동증폭부에 의해, 정현파 형태인 상기 전압신호의 크기를 증폭하는 단계;
    상기 미분부에 의해, 상기 증폭된 정현파 전압신호를 미분하는 단계;
    상기 비교부에 의해, 상기 증폭된 정현파 전압신호의 기울기 변화 여부를 감지하는 단계; 및
    상기 탈조판단부에 의해, 상기 스텝 모터의 탈조 여부를 판단하는 단계;를 포함하고,
    상기 증폭된 정현파 전압신호를 미분하는 단계에서는 정현파 전압신호가 구형파 전압신호로 변환되며,
    상기 증폭된 정현파 전압신호의 기울기 변화 여부를 감지하는 단계에서는 상기 구형파 전압신호의 펄스 간격 변화가 감지되면 정현파 형태인 상기 전압신호의 기울기가 변한다고 감지하는 것을 특징으로 하는 스텝 모터 탈조 감지 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 증폭된 정현파 전압신호의 기울기 변화 여부를 감지하는 단계에서는 상기 정현파 전압신호의 기울기가 변하는 시점을 알려주는 것을 특징으로 하는 스텝 모터 탈조 감지 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 스텝 모터의 탈조 여부를 판단하는 단계에서는 소정 시간 동안 상기 구형파 전압신호의 펄스 간격 변화가 연속적 또는 반복적으로 발생하는 경우에 스텝 모터에 탈조가 발생한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 스텝 모터 탈조 감지 방법.
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