KR101920549B1 - Pm 형 스테핑 모터 시스템을 이용한 자동 평형 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 능동적으로 편심을 보정하는 능동형 자동평형장치에 있어서, 두 개의 권선부를 포함하는 고정자, 고정자와 동심원을 이루고, 각각의 두 개의 권선부에 대응하며, 불평형 질량점 및 영구자석을 포함하고, 대응하는 권선부에서 생성된 전자기장과 영구자석 간 자력에 의하여 회전하는 두 개의 회전자, 고정자 및 두 개의 회전자의 동심축에 위치하는 회전축, 회전축의 소음을 측정하는 하나 이상의 센서, 및 회전축의 소음이 최소가 되기 위한 두 개의 회전자 각각의 회전각도를 산출하고, 두 개의 권선부를 제어하는 제어부를 포함하는 장치를 제공한다.

Description

PM 형 스테핑 모터 시스템을 이용한 자동 평형 장치 {AUTOMATIC BALANCING DEVICE USING PM STEPPING MOTOR SYSTEM}

본 발명은 회전체의 편심을 능동적으로 보정하는 장치에 관한 것이다. 구체적으로, PM(Permanent Magnet) 형 스테핑(Stepping) 모터인 회전체의 구조를 활용하여 PM에 자력을 가하는 권선의 제어를 통해 회전체의 편심을 능동적으로 보정하고 회전체의 회전을 안정화시킬 수 있는 장치에 관한 것이다.

발전기 등 산업상 여러 분야에서 회전축을 중심으로 회전하는 회전체인 모터를 사용하고 있다. 각종 모터 중에서도 스테핑 모터는 펄스에 의해 디지털적으로 위치 및 속도 제어가 가능하다는 점과 소형, 소출력인 이유로 간단한 프로세서를 활용하는 제어에 사용되고 있다.
스테핑 모터는 DC모터나 AC 모터에 비해 모터의 회전자 위치를 검출하기 위한 별도의 피드백이 없이 정해진 각도를 회전하고, 상당히 높은 정확도로 정지할 수 있는 것이다. 또한, 스테핑 모터는 다른 모터에 비해 정지시 매우 큰 유지 토크(holding torque)가 있기 때문에 전자 브레이크 등의 토크 유지 기구를 필요로 하지 않는 장점이 있다.
스테핑 모터는 구조상 VR형(variable reluctance type: 가변 리럭턴스 형), PM형(permanent type: 영구 자석 형) 및 HB형 (hybrid type: 복합형)으로 분류될 수 있다. PM형은 회전자를 영구 자석으로 사용하고, 이 회전자는 고정자 고정자 권선에서 만들어지는 전자력에 의한 회전자계의 극성을 따라 토크가 발생되어 회전하게 된다. PM형은 회전자로 영구 자석을 사용하고 있기 때문에 무여자시에도 유지 토크가 존재하여 회전자기 제 위치를 유지할 수 있다.

이와 같은 회전체는 회전체의 회전축에 무게 중심이 위치하도록 설계되나, 여러가지 원인으로 회전체의 회전축에 무게중심이 위치하지 않는 경우, 즉 회전체가 편심되는 경우가 있다. 이와 같이 회전체가 편심되는 경우에는 회전체의 회전시에 소음과 진동이 발생할 수 있으며 회전체 구동부의 수명이 짧아질 수 있고 고장이 발생하기 쉽다.

따라서, 종래에는 회전체의 설치과정에서 회전체가 편심되는 경우 축의 불평형 정도를 측정한 뒤 보정을 통해 편심을 제거하여 안정적인 회전을 도모하였다. 하지만, 이러한 수동적인 방법은 보정에 수반되는 시간으로 인하여 공기 지연 및 비용 발생을 초래하며, 보정 후 운전중인 회전체에 어떤 원인에 의하여 편심이 다시 발생할 경우 보정이 곤란한 문제점이 있었다.

본 발명은 회전체에 설치되어 회전체의 회전축 편심을 능동적으로 보정하는 편심 보정장치를 제공한다. 구체적으로, 본 발명은 PM형 스테핑 모터구조를 활용하여 대용량 발전기나 전동기에서 설치과정 중 혹은 운전 중 발생하는 편심을 능동적으로 보정할 수 있는 장치를 제공한다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 PM(Permanent Magnet) 형 스테핑(Stepping) 모터 구조를 응용한 능동형 자동평형장치 (이하 능동형 자동평형장치)는 두 개의 권선부를 포함하는 고정자, 고정자와 동심원을 이루고, 각각의 두 개의 권선부에 대응하며, 불평형 질량점 및 영구자석을 포함하고, 대응하는 권선부에서 생성된 전자기장과 영구자석 간 자력에 의하여 회전하는 두 개의 회전자, 고정자 및 두 개의 회전자의 동심축에 위치하는 회전축, 회전축의 소음을 측정하는 하나 이상의 센서, 및 회전축의 소음이 최소가 되기 위한 두 개의 회전자 각각의 회전각도를 산출하고, 두 개의 권선부를 제어하는 제어부를 포함한다.

바람직하게, 각각의 회전각도는, 제 2 각도를 중심으로 두 개의 회전자가 대칭이 되도록 산출되며, 제 2 각도는 제 1 각도와 180도를 이루는 각도이고, 제 1 각도는 각각의 두 개의 회전자에 포함된 불평형 질량점이 같은 각도에 위치한 상태에서 두 개의 회전자를 함께 회전하였을 때 회전축의 소음이 최대로 발생하는 각도이다.

바람직하게, 각각의 회전각도는 제 2 각도를 중심으로 두 개의 회전자가 대칭되도록 같은 크기의 각도를 회전하였을 때 회전축의 소음이 최소로 발생하는 각도이다.

바람직하게, 두 개의 회전자는 대응하는 권선부에 소정의 크기와 주기를 가진 펄스가 흐를 때마다 소정의 각도를 회전한다.

바람직하게, 대응하는 권선부는 제어부에 의하여 결정된 횟수만큼의 펄스가 흐른다.

바람직하게, 제어부는 펄스가 흐르는 횟수를 각각의 회전각도에 대응하도록 결정한다.

바람직하게, 하나 이상의 센서는 회전축에서 동일 거리만큼 떨어지며, 회전축을 중심으로 서로 등각으로 배치된다.

본 발명의 일실시예에 따른 회전체의 편심을 보정하는 방법은 두 개의 회전자가 포함하는 각각의 불평형 질량점이 같은 각도에 위치한 상태에서 두 개의 회전자를 함께 회전하며 하나 이상의 센서에서 회전축의 소음을 측정하고, 측정된 소음이 최대로 발생하는 제 1 각도를 산출하는 단계, 제 1 각도와 180도를 이루는 제 2 각도를 중심으로 두 개의 회전자를 대칭되도록 같은 크기의 각도로 회전하며 하나 이상의 센서에서 회전축의 소음을 측정하는 단계, 회전축의 소음이 최소로 발생하는 각각의 회전각도를 산출하는 단계, 두 개의 회전자를 산출된 각각의 회전각도로 회전하는 단계를 포함하며, 두 개의 회전자의 회전은 고정자에 포함된 두 개의 권선부를 제어하여 생성된 전자기장과 두 개의 회전자에 포함된 영구자석 간 자력에 의하여 수행된다.

본 발명에 따른 능동형 자동평형장치는 PM형 스테핑(Stepping) 모터구조를 활용하여 대용량 발전기나 전동기에서 회전체의 설치과정 중 혹은 운전 중 발생하는 편심을 능동적으로 보정할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 능동형 자동평형장치의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 능동형 자동평형장치에 포함된 PM형 스테핑 모터를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 능동형 자동평형장치에 포함된 PM형 스테핑 모터의 회전 원리를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 능동형 자동평형장치에 포함된 PM형 스테핑 모터의 회전시 권선부에 가해지는 펄스를 나타낸다.
도 5는 PM형 스테핑 모터의 일 예를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 능동형 자동평형장치에 포함된 PM형 스테핑 모터를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 능동형 자동평형장치에 포함된 센서의 측정결과를 나타낸다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 능동형 자동평형장치의 보정질량 생성 원리를 나타낸다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 능동형 자동평형장치의 불평형 질량점 배치를 나타낸다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 능동적으로 편심을 보정하는 방법을 나타낸다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

어느 부분이 다른 부분의 "위에" 있다고 언급하는 경우, 이는 바로 다른 부분의 위에 있을 수 있거나 그 사이에 다른 부분이 수반될 수 있다. 대조적으로 어느 부분이 다른 부분의 "바로 위에" 있다고 언급하는 경우, 그 사이에 다른 부분이 수반되지 않는다.

제 1, 제 2 및 제 3 등의 용어들은 다양한 부분, 성분, 영역, 층 및/또는 섹션들을 설명하기 위해 사용되나 이들에 한정되지 않는다. 이들 용어들은 어느 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션을 다른 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션과 구별하기 위해서만 사용된다. 따라서, 이하에서 서술하는 제 1 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션은 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 제 2 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션으로 언급될 수 있다.

여기서 사용되는 전문 용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.

"아래", "위" 등의 상대적인 공간을 나타내는 용어는 도면에서 도시된 한 부분의 다른 부분에 대한 관계를 보다 쉽게 설명하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 용어들은 도면에서 의도한 의미와 함께 사용 중인 장치의 다른 의미나 동작을 포함하도록 의도된다. 예를 들면, 도면 중의 장치를 뒤집으면, 다른 부분들의 "아래"에 있는 것으로 설명된 어느 부분들은 다른 부분들의 "위"에 있는 것으로 설명된다. 따라서 "아래"라는 예시적인 용어는 위와 아래 방향을 전부 포함한다. 장치는 90? 회전 또는 다른 각도로 회전할 수 있고, 상대적인 공간을 나타내는 용어도 이에 따라서 해석된다.

다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련 기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 능동형 자동평형장치의 블록도이다.

능동형 자동평형장치(100)는 회전체(200), 센서(300) 및 제어부(400)를 포함한다.

회전체(200)는 편심이 발생할 수 있는 회전체, 즉 모터를 의미한다. 바람직하게, 회전체(200)는 PM형 스테핑 모터이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 편심 보정장치(100)는 회전체(200)에서 발생하는 편심을 측정하고 능동적으로 편심을 보정하는 것을 목적으로 한다. 회전체(200)는 센서(300)와 연결되어 센서(300)에 의하여 회전체(200)에서 발생하는 편심이 측정된다. 또한, 회전체(200)는 제어부(400)와 연결되며, 센서(300)와 연결된 제어부(400)로부터 센서(300)의 측정 결과를 바탕으로 적절한 제어를 받는다.

센서(300)는 회전체(200)와 연결되어 회전체(200)의 편심 발생여부를 측정한다. 또한, 센서(300)는 제어부(400)의 제어에 의하여 회전체(200)에 편심 보정이 이루어지는 경우 편심이 제거되었는지 여부를 측정한다. 센서(300)의 구체적인 측정 방법에 대하여는 도 7을 참조하여 후술한다. 센서(300)는 제어부(400)와 연결되어 상기 측정한 정보를 제어부(400)로 전송한다.

제어부(400)는 센서(300)와 연결되어 센서(300)가 측정한 회전체(200)의 편심 발생여부에 관한 정보를 수신한다. 제어부(400)는 수신한 정보를 바탕으로 편심을 보정할 것인지를 판단한다. 제어부(400)는 편심을 보정하기로 판단한 경우 센서(300)의 측정 결과로부터 편심이 발생한 회전체(200)의 불평형 질량을 산출한다. 제어부(400)는 불평형 질량에 대하여 회전체(200)의 회전축을 중심으로 반대 변위에 보정질량을 형성하기 위하여 회전체(200)의 제어량을 산출한다.

제어부(400)는 산출한 회전체(200)의 제어량을 기반으로 회전체(200)를 제어하여 편심을 보정한다. 제어부(400)는 센서(300)로부터 센서(300)가 측정한 회전체(200)의 편심이 제거되었는지 여부에 관한 정보를 수신한다. 편심이 제거되었다고 판단된 경우 편심 보정에 관한 제어를 종료한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 능동형 자동평형장치에 포함된 PM형 스테핑 모터를 나타낸다.

능동형 자동평형장치(100)에 포함된 PM형 스테핑 모터, 즉 회전체(200)는 고정자(210), 회전자(220) 및 회전축(230)을 포함한다.

고정자(210)와 회전자(220)는 회전축(230)을 중심으로 동심원의 형태이다.

회전자(220)는 외곽 표면에 영구자석을 포함하며, 인접하는 자극 간에는 반대되는 극성을 갖는다. 하나의 N극 영구자석 및 하나의 S극 영구자석을 한 스텝으로 표현할 수 있다. 각 스텝은 균등한 각도 간격으로 배치되어 있다.

회전자(220)는 하나 이상의 홀(220a)을 갖고 있다. 홀(220a)은 회전자(220)의 회전축(230)을 중심으로 한쪽 부분에 배치된다. 홀(220a)은 회전자(220)의 질량을 불균형하게 하여 홀(220a)이 배치된 반대 쪽으로 불평형 작용력이 작용하도록 한다. 본 발명의 일 실시예는 홀(220a)에 의하여 회전자(220)에서 발생하는 불평형 작용력을 조정하여 편심을 보정한다. 회전자(220)에서 발생하는 불평형 작용력의 조정을 통한 편심 보정 방법에 대하여는 도 8 및 도 9를 참조하여 후술한다.

고정자(210)는 회전자(220)를 향하여 안쪽으로 톱니 모양의 돌기를 갖는다. 각각의 돌기는 회전자(220) 표면의 각각의 영구자석과 대응된다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 능동형 자동평형장치에 포함된 PM형 스테핑 모터의 회전 원리를 나타낸다.

회전자(220)의 외곽 표면에 배치된 영구자석은 하나의 단위 스텝당 N극의 자석(221)과 S극의 자석(222)이 배치된다.

고정자(210)의 돌기는 권선이 내장된 권선부(211)이다. 각각의 권선부(211)는 회전자 표면의 각각의 영구자석으로서 N극의 자석(221) 및 S극의 자석(222)와 대응된다. 권선부(211)는 전류가 흐르지 않을 경우에는 자속을 갖지 않고, N극의 자석(221) 및 S극의 자석(222) 모두와 단지 인력만을 갖는다. 그러나, 권선부(211)에 전류가 흐르는 경우에는 자속이 형성되어 전자기력을 갖는 전자석으로서 N극의 자석(221) 및 S극의 자석(222)과 인력과 척력으로서 상호작용한다. 권선부(211)가 S극의 자속을 갖는 경우 N극의 자석(221)과는 인력이 형성되고 S극의 자석(222)과는 척력이 형성되며, 이와 같은 상호작용에 의하여 토크가 발생한다. 회전자(220)는 발생한 토크에 의하여 회전한다.

권선부(211)에 인가되는 전류는 제어부(400)에 의하여 제어된다. 권선부(211)에 전류가 인가되는 경우 전자기력의 작용에 의하여 토크가 발생하므로 제어부(400)는 권선부(211)에 인가되는 전류를 제어함으로써 회전자(220)의 회전을 제어할 수 있다. 특히, 회전자(220)의 영구자석은 한 스텝씩 배열되어 있으므로 스텝의 개수를 조절함으로써 정교하게 회전자(220)의 회전 각도를 조절할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 능동형 자동평형장치에 포함된 PM형 스테핑 모터의 회전시 권선부에 가해지는 펄스를 나타낸다.

제어부(400)의 제어에 의해 권선부(211)에 인가되는 전류는 펄스의 형태를 갖는다. 주기 T의 시간 중 T/2 동안 소정의 전압 X가 권선부(211)에 가해지면 전류에 의하여 전자기력이 N극의 자석(221) 및 S극의 자석(222)과 상호작용하여 회전자(220)가 한 스텝만큼 회전할 수 있다. 회전자(220)는 펄스의 개수만큼 스텝당 주어진 각도를 회전한다.

제어부(400)는 하나의 펄스마다 회전자(220)를 소정의 제 1 각도만큼 회전할 수 있다. 이와 같은 펄스 형태의 권선부(211) 전류를 통하여 회전자(220)를 어느 각도만큼 회전시킬지에 대한 제어를 정량화 할 수 있게 된다. 즉, 회전자(220)를 제 2 각도만큼 회전하기 위해서는 제 2 각도를 제 1 각도로 나눈 횟수만큼의 펄스 전류가 권선부(211)에 흐르도록 제어하면 된다. 그러므로, 권선부(211)에 흐르는 전류 펄스의 개수를 조절함으로써 회전자(220)의 회전 각도를 조절할 수 있다.

도 5는 PM형 스테핑 모터의 일 예를 나타낸다.

회전축(230)을 중심으로 동심원의 형태로 회전자(220)와 고정자(210)가 존재한다.

회전자(220)는 상단에 N극의 자석(221) 및 S극의 자석(222)을 가지며, 하단에 각각 반대되는 극성인 S극의 자석(223) 및 N극의 자석(224)를 갖는다.

고정자(210)는 권선부(211)를 포함한다. 권선부(211)는 전류가 흐르는 경우 전자기장을 발생시킨다. 전자기장은 각각의 자석(221, 222, 223, 224)와 상호작용을 하여 회전자(220)를 회전할 수 있는 토크를 발생시킨다.

도 5와 같이 회전자(220)가 하나인 경우 회전자(220)는 불평형점에 의해 발생하는 불평형 질량 작용력을 편심에 의해 발생한 불평형 질량과 벡터상 서로 정 반대각도로 배치하여 편심을 보정할 수 있다. 그러나, 각도만을 정반대로만 할 수 있을 뿐 불평형 질량 작용력의 길이를 조절할 수 없어서 편심을 완전히 보정할 수 없는 한계가 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 능동형 자동평형장치에 포함된 PM형 스테핑 모터를 나타낸다.

능동형 자동평형장치(100)에 포함된 PM형 스테핑 모터, 즉 회전체(200)는 도 5와 달리 두 개의 회전자(220, 229)를 포함한다.

두 개의 회전자(220, 229)는 회전축(230)만을 같이 할 뿐 서로 포개어져서 따로 회전하므로 독립된 회전을 수행한다. 따라서, 하나의 고정자(210) 안에 상기 두 개의 회전자(220, 229)를 제어할 권선부도 별도로 두 개(211, 212)가 존재하여야 한다. 각각의 회전자(220, 229)는 각각의 권선부(211, 212)에 대응되도록 각각 별도의 영구자석(221, 222, 223, 224; 225, 226, 227, 228)을 포함한다. 각각의 권선부(211, 212)에 대한 전압 펄스의 가해지는 횟수는 서로 독립적이다. 따라서, 각각의 회전자(220, 229)는 서로 다른 각도만큼 회전할 수 있다.

각각의 회전자(220, 229)는 독립된 회전을 하므로 서로 다른 각도로 불평형 질량 작용력을 만들 수 있다. 따라서, 각각의 회전자(220, 229)로부터 발생하는 각각의 불평형 질량 작용력의 각도를 조절해 합력의 각도뿐만 아니라 길이를 조절할 수 있다. 그러므로, 각각의 불평형 질량 작용력의 합력은 편심에 의한 불평형 질량과 각도가 정반대일 뿐만 아니라 길이도 동일하여 완전히 서로 상쇄될 수 있다. 즉, 편심을 완전히 제거할 수 있다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 능동형 자동평형장치에 포함된 센서의 측정결과를 나타낸다.

능동형 자동평형장치(100)에 포함된 센서(300)는 회전축(230)의 소음을 측정하여 제어부(400)에 전송한다. 센서(300)는 하나 이상 배치될 수 있으며, 회전축(230)을 중심으로 회전체(200)에 균등한 각도로 배치된다. 소음의 크기는 하나 이상의 센서(300)가 각각 측정한 소음의 크기의 평균으로 한다.

제어부(400)는 회전축(230)의 소음이 소정의 값보다 큰 경우 편심이 발생하여 보정이 필요한 것으로 판단한다.

회전체(200)의 불평형 질량이 어느 각도에 형성되었는지 찾기 위하여 회전자(220, 229)를 회전하며 소음을 측정한다. 회전자(220, 229)의 회전은 제어부(400)가 권선부(211, 212)를 제어함으로써 수행된다. 편심의 각도를 찾을 때에는 회전자(220, 229)의 불평형 질량 작용력이 동일한 각도인 상태에서 동일한 각도만큼 회전하도록 제어한다. 회전자(220, 229)의 불평형 질량 작용력이 동일한 각도에 형성되었는지 여부는 각각의 회전자(220, 229) 상 배치된 홀(220a)이 같은 각도 위치에 형성되도록 함으로써 판단할 수 있다. 회전자(220, 229)의 불평형 질량 작용력은 홀(220a)의 180도 반대 각도에 형성된다.

도 7에서 X축은 회전자(220, 229)의 불평형 질량 작용력의 회전 각도이고, Y축은 하나 이상의 센서(300)가 측정한 소음의 크기의 평균이다. 두 개의 회전자(220, 229)가 일치된 각도로 회전하므로 하나의 각도로 표현할 수 있다. 소음의 크기가 가장 크게 측정될 때는 회전자(220, 229)의 불평형 질량 작용력이 회전체(200)의 불평형 질량과 같은 각도에 있을 때이다. 따라서 소음의 크기가 가장 크게 측정될 때의 각도로부터 회전체(200)의 불평형 질량의 각도를 도출할 수 있다.

또한, 보정질량은 회전체(200)의 불평형 질량과 벡터상 정 반대에 존재하여야 하므로, 소음의 크기가 가장 크게 측정될 때의 각도와 180도 차이나는 각도에 대하여 보정질량의 각도를 결정할 수 있다. 예를 들어, 도 7과 같이 210도에서 소음의 크기가 가장 크게 측정될 경우 30도의 각도로 보정질량의 각도를 결정할 수 있다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 능동형 자동평형장치의 보정질량 생성 원리를 나타낸다.

회전체(200)의 불평형 질량(10)에 대하여 벡터좌표상 대칭되는 위치에 보정질량(40)이 형성된다면 합력이 0이 된다. 즉, 벡터좌표상 회전체(200)의 불평형 질량(10)과 180도 차이나는 각도 및 동일한 길이를 갖는 보정질량(40)을 설정할 수 있다면 회전체(200)의 편심을 완전히 제거할 수 있다.

다만, 회전자(220, 229)의 불평형 질량(20, 30)은 각도만을 조절할 수 있을 뿐 길이를 조절할 수는 없다. 따라서, 두 개의 회전자(220, 229)의 불평형 질량 각도를 조절함으로써 합력, 즉 보정질량의 크기를 조절할 수 있다.

두 개의 회전자(220, 229)의 불평형 질량(20, 30)이 보정질량(40)의 각도를 중심으로 모아진 경우에는 합력의 크기가 커져서 보정질량(40)의 크기가 커진다. 그러나, 두 개의 회전자(220, 229)의 불평형 질량(20, 30)이 보정질량(40)의 각도를 중심으로 벌어진 경우에는 합력의 크기가 작아져서 보정질량(40)의 크기가 작아진다.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 능동형 자동평형장치의 불평형 질량점 배치를 나타낸다.

도 8에서 설명한 바와 같이 두 개의 회전자(220, 229)는 회전축(230)을 중심으로 각기 다른 각도로 회전한다. 구체적으로, 두 개의 회전자(220, 229)는 보정질량(40)의 각도를 중심으로 대칭된 각도로 각각 회전한다.

보정질량(40)의 크기를 얼마나 설정해야 하는지에 대하여, 도 7에서 예시한 소음의 크기 측정으로는 회전체(200)의 불평형 질량(10)의 각도만을 도출할 수 있을 뿐 회전체(200)의 불평형 질량(10)의 크기를 알 수는 없다. 따라서, 결정된 보정질량의 각도를 중심으로 두 개의 회전자(220, 229)의 불평형 질량(20, 30)이 서로 대칭되도록 두 개의 회전자(220, 229)를 회전시킴으로써 마름모 꼴의 합력 사각형을 만들어 보정질량(40)의 크기를 조절할 수 있다. 이 때, 보정질량(40)의 크기를 어느 정도로 해야하는지는 두 개의 회전자(220, 229)의 각도를 결정된 보정질량(40)의 각도를 중심으로 대칭이 되도록 회전시키면서 소음의 크기를 측정하여 소음의 크기가 가장 작게 측정되는 각도일 때의 보정질량의 크기로 결정해야 한다.

결정된 보정질량(40)의 각도를 중심으로 두 개의 회전자(220, 229)가 대칭되게 많이 회전할수록 합력인 보정질량(40)의 길이는 짧아지게 된다. 따라서, 제어부(400)는 두 개의 회전자(220, 229)를 보정질량(40)의 각도를 중심으로 대칭되도록 한 스텝씩 90도까지 회전하면서 센서(300)를 통해 소음의 크기를 측정하여 소음의 크기가 가장 작게 측정될 때의 두 개의 회전자(220, 229)의 각도를 도출할 수 있다. 따라서, 두 개의 회전자(220, 229)는 소음의 크기가 가장 작게 측정될 때의 각각의 각도가 편심 보정을 위하여 최종적으로 회전할 각도로 결정된다. 제어부(400)는 두 개의 회전자(220, 229)를 90도까지 회전한 후에는 결정된 최종적인 각각의 각도로 두 개의 회전자(220, 229)를 회전한다.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 능동적으로 편심을 보정하는 방법을 나타낸다.

진동 관측 단계(S100)는 회전체(200)에 연결된 센서(300)를 통해 회전축(230)의 소음의 크기를 측정함으로써 수행된다. 센서(300)는 하나 이상 존재할 수 있으므로, 소음의 크기는 하나 이상의 센서(300)가 측정한 소음의 크기의 평균을 의미한다.

편심의 보정이 필요한지 판단하는 단계(S200)는 소음의 크기가 소정의 크기보다 큰지 여부를 기준으로 판단한다. 소음의 크기가 소정의 크기보다 큰 경우에는 회전체(200)에 편심이 발생한 것으로 판단하여 편심의 보정이 필요하다고 판단한다.

편심의 보정이 필요하다고 판단한 경우에는 회전체(200)의 불평형량을 측정 및 평가한다. (S300) 불평형량을 측정 및 평가하는 단계는 두 개의 회전자(220, 229)가 포함하는 각각의 불평형 질량점(20, 30)이 같은 각도에 위치한 상태에서 두 개의 회전자(220, 229)를 함께 회전하며 하나 이상의 센서에서 회전축(230)의 소음을 측정함으로써 수행된다. 측정된 소음이 최대로 발생하는 제 1 각도가 편심으로 인한 회전체(200)의 불평형량이 발생한 각도로 산출된다.

회전자 이동 위치를 계산하는 단계(S400)는 제 1 각도와 180도를 이루는 제 2 각도, 즉 보정질량(400)의 각도를 중심으로 두 개의 회전자(220, 229)를 대칭되도록 같은 크기의 각도로 회전하며, 하나 이상의 센서(300)에서 회전축(230)의 소음을 측정하고, 회전축(230)의 소음이 최소로 발생하는 각각의 회전각도를 산출함으로써 수행된다.

회전자를 이동하는 단계(S500)는 두 개의 회전자(220, 229)를 산출된 각각의 회전각도로 회전함으로써 수행된다. 두 개의 회전자의 회전(220, 229)은 고정자(210)에 포함된 두 개의 권선부(211, 212)를 제어하여 생성된 전자기장과 상기 두 개의 회전자(220, 229)에 포함된 영구자석(221, 222, 223, 224; 225, 226, 227, 228) 간 자력에 의하여 수행된다.

하나 이상의 예시적인 실시예에서, 설명한 기능들은 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어, 또는 이들의 임의의 조합으로 구현될 수 있다. 소프트웨어로 구현된다면, 이 기능들은 컴퓨터 판독 가능 매체 상에 하나 이상의 명령 또는 코드로서 저장 또는 전송될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 한 장소에서 다른 장소로 컴퓨터 프로그램의 전달을 용이하게 하는 임의의 매체를 포함하는 통신 매체 및 컴퓨터 저장 매체를 모두 포함한다. 저장 매체는 컴퓨터에 의해 액세스 가능한 임의의 이용 가능한 매체일 수 있다. 한정이 아닌 예시로, 이러한 컴퓨터 판독 가능 매체는 RAM, ROM, EEPROM, CD-ROM이나 다른 광 디스크 저장소, 자기 디스크 저장소 또는 다른 자기 저장 디바이스, 또는 명령이나 데이터 구조의 형태로 원하는 프로그램코드를 전달 또는 저장하는데 사용될 수 있으며 컴퓨터에 의해 액세스 가능한 임의의 다른 매체를 포함할 수 있다. 또한, 임의의 접속이 컴퓨터 판독 가능 매체로 적절히 지칭된다. 예를 들어, 소프트웨어가 동축 케이블, 광섬유 케이블, 꼬임 쌍선, 디지털 가입자 회선(DSL), 또는 적외선, 라디오 및 초고주파와 같은 무선 기술을 이용하여 웹사이트, 서버 또는 다른 원격 소스로부터 전송된다면, 동축 케이블, 광섬유 케이블, 꼬임 쌍선, DSL, 또는 적외선, 라디오 및 초고주파와 같은 무선 기술들이 매체의 정의에 포함된다. 여기서 사용된 것과 같은 디스크(disk 및 disc)는 콤팩트 디스크(CD), 레이저 디스크, 광 디스크, 디지털 다목적 디스크(DVD), 플로피디스크 및 블루레이 디스크를 포함하며, 디스크(disk)들은 보통 데이터를 자기적으로 재생하는 반면, 디스크(disc)들은 데이터를 레이저에 의해 광학적으로 재생한다. 상기의 조합들 또한 컴퓨터 판독 가능 매체의 범위 내에 포함되어야 한다.

실시예들이 프로그램 코드나 코드 세그먼트들로 구현될 때, 코드 세그먼트는 프로시저, 함수, 서브프로그램, 프로그램, 루틴, 서브루틴, 모듈, 소프트웨어 패키지, 클래스, 또는 명령들, 데이터 구조들, 또는 프로그램 명령문들의 임의의 조합을 나타낼 수 있는 것으로 인식해야 한다. 코드 세그먼트는 정보, 데이터, 인수(argument), 파라미터 또는 메모리 콘텐츠를 전달 및/또는 수신함으로써 다른 코드 세그먼트 또는 하드웨어 회로에 연결될 수 있다. 정보, 인수, 파라미터, 데이터 등은 메모리 공유, 메시지 전달, 토큰 전달, 네트워크 송신 등을 포함하는 임의의 적당한 수단을 이용하여 전달, 발송 또는 전송될 수 있다. 추가로, 어떤 측면들에서 방법 또는 알고리즘의 단계들 및/또는 동작들은 컴퓨터 프로그램 물건으로 통합될 수 있는 기계 판독 가능 매체 및/또는 컴퓨터 판독 가능 매체 상에 코드들 및/또는 명령들 중 하나 또는 이들의 임의의 조합이나 세트로서 상주할 수 있다.

소프트웨어에서 구현에서, 여기서 설명한 기술들은 여기서 설명한 기능들을 수행하는 모듈들(예를 들어, 프로시저, 함수 등)로 구현될 수 있다. 소프트웨어 코드들은 메모리 유닛들에 저장될 수 있으며 프로세서들에 의해 실행될 수 있다. 메모리 유닛은 프로세서 내에 구현될 수도 있고 프로세서 외부에 구현될 수 있으며, 이 경우 메모리 유닛은 공지된 바와 같이 다양한 수단에 의해 프로세서에 통신 가능하게 연결될 수 있다.

하드웨어 구현에서, 처리 유닛들은 하나 이상의 주문형 집적 회로(ASIC), 디지털 신호 프로세서(DSP), 디지털 신호 처리 디바이스(DSPD), 프로그래밍 가능 로직 디바이스(PLD), 현장 프로그래밍 가능 게이트 어레이(FPGA), 프로세서, 제어기, 마이크로컨트롤러, 마이크로프로세서, 여기서 설명한 기능들을 수행하도록 설계된 다른 전자 유닛들, 또는 이들의 조합 내에 구현될 수 있다.

상술한 것은 하나 이상의 실시예의 실례를 포함한다. 물론, 상술한 실시예들을 설명할 목적으로 컴포넌트들 또는 방법들의 가능한 모든 조합을 기술할 수 있는 것이 아니라, 당업자들은 다양한 실시예의 많은 추가 조합 및 치환이 가능함을 인식할 수 있다. 따라서 설명한 실시예들은 첨부된 청구범위의 진의 및 범위 내에 있는 모든 대안, 변형 및 개조를 포함하는 것이다. 더욱이, 상세한 설명 또는 청구범위에서 "포함한다"라는 용어가 사용되는 범위에 대해, 이러한 용어는 "구성되는"이라는 용어가 청구범위에서 과도적인 단어로 사용될 때 해석되는 것과 같이 "구성되는"과 비슷한 식으로 포함되는 것이다.

여기서 사용된 바와 같이, "추론하다" 또는 "추론"이라는 용어는 일반적으로 이벤트 및/또는 데이터에 의해 포착되는 한 세트의 관측으로부터 시스템, 환경 및/또는 사용자의 상태에 관해 판단하거나 추론하는 프로세스를 말한다. 추론은 특정 상황이나 동작을 식별하는데 이용될 수 있고, 또는 예를 들어 상태들에 대한 확률 분포를 생성할 수 있다. 추론은 확률적일 수 있는데, 즉 데이터 및 이벤트들의 고찰에 기초한 해당 상태들에 대한 확률 분포의 계산일 수 있다. 추론은 또한 한 세트의 이벤트들 및/또는 데이터로부터 상위 레벨 이벤트들을 구성하는데 이용되는 기술들을 말할 수도 있다. 이러한 추론은 한 세트의 관측된 이벤트들 및/또는 저장된 이벤트 데이터로부터의 새로운 이벤트들 또는 동작들, 이벤트들이 시간상 밀접하게 상관되는지 여부, 그리고 이벤트들과 데이터가 하나 또는 여러 이벤트 및 데이터 소스들로부터 나오는지를 추정하게 한다.

더욱이, 본 출원에서 사용된 바와 같이, "컴포넌트", "모듈", "시스템" 등의 용어는 이에 한정되는 것은 아니지만, 하드웨어, 펌웨어, 하드웨어와 소프트웨어의 조합, 소프트웨어 또는 실행중인 소프트웨어와 같은 컴퓨터 관련 엔티티를 포함하는 것이다. 예를 들어, 컴포넌트는 이에 한정되는 것은 아니지만, 프로세서상에서 실행하는 프로세스, 프로세서, 객체, 실행 가능한 실행 스레드, 프로그램 및/또는 컴퓨터일 수도 있다. 예시로, 연산 디바이스 상에서 구동하는 애플리케이션과 연산 디바이스 모두 컴포넌트일 수 있다. 하나 이상의 컴포넌트가 프로세스 및/또는 실행 스레드 내에 상주할 수 있으며, 컴포넌트가 하나의 컴퓨터에 집중될 수도 있고 그리고/또는 2개 이상의 컴퓨터 사이에 분산될 수도 있다. 또한, 이들 컴포넌트는 각종 데이터 구조를 저장한 각종 컴퓨터 판독 가능 매체로부터 실행될 수 있다. 컴포넌트들은 하나 이상의 데이터 패킷(예를 들어, 로컬 시스템, 분산 시스템의 다른 컴포넌트와 그리고/또는 신호에 의해 다른 시스템들과 인터넷과 같은 네트워크를 거쳐 상호 작용하는 어떤 컴포넌트로부터의 데이터)을 갖는 신호에 따르는 등 로컬 및/또는 원격 프로세스에 의해 통신할 수 있다.

10: 회전체의 불평형 질량
20, 30: 회전자의 불평형 질량
40: 보정질량
100: 편심 보정장치
200: 회전체
210: 고정자
211, 212: 권선부
220, 229: 회전자
221, 222, 223, 224, 225, 226, 227, 228: 영구자석
230: 회전축
300: 센서
400: 제어부

Claims (8)

1. 능동적으로 편심을 보정하는 능동형 자동평형장치에 있어서,
   두 개의 권선부를 포함하는 고정자;
   상기 고정자와 동심원을 이루고, 각각의 상기 두 개의 권선부에 대응하며, 불평형 질량점 및 영구자석을 포함하고, 상기 대응하는 권선부에서 생성된 전자기장과 상기 영구자석 간 자력에 의하여 회전하는 두 개의 회전자;
   상기 고정자 및 상기 두 개의 회전자의 동심축에 위치하는 회전축;
   상기 회전축의 소음을 측정하는 하나 이상의 센서; 및
   상기 회전축의 소음이 최소가 되기 위한 상기 두 개의 회전자 각각의 회전각도를 산출하고, 상기 두 개의 권선부를 제어하는 제어부를 포함하고,
   상기 제어부는 상기 두 개의 회전자를 제 2 각도를 중심으로 대칭되도록 회전하면서 상기 센서를 통해 소음의 크기를 측정하여 소음의 크기가 가장 작게 측정될 때의 상기 두 개의 회전자의 회전각도를 측정하여 최종 회전 각도로 결정하고, 상기 두 개의 회전자가 결정된 최종 회전각도에 따라 회전하도록 상기 두 개의 회전자를 제어하고,
   상기 제어부는 상기 두 개의 회전자와 대응하는 상기 두 개의 권선부 각각에 인가하는 펄스 전류의 횟수를 제어하여 상기 두 개의 회전자의 회전각도를 제어하고,
   상기 제 2 각도는 제 1 각도와 180도를 이루는 각도이고,
   상기 제 1 각도는 각각의 상기 두 개의 회전자에 포함된 불평형 질량점이 같은 각도에 위치한 상태에서 상기 두 개의 회전자를 함께 회전하였을 때 상기 회전축의 소음이 최대로 발생하는 각도인 것을 특징으로 하는,
   능동형 자동평형장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 두 개의 회전자는,
   상기 대응하는 권선부에 소정의 크기와 주기를 가진 펄스가 흐를 때마다 소정의 각도를 회전하는 것을 특징으로 하는,
   능동형 자동평형장치.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 제2 각도는 벡터좌표상 회전체의 불평형 질량과 180도 차이나는 각도 및 동일한 길이를 갖는 보정질량의 각도인,
   능동형 자동평형장치.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 영구자석은 상기 회전자의 외각에 배치되고, 인접하는 자극 간에는 반대되는 극성을 갖도록 N극 자석과 S극의 자석이 교차로 배치되고,
   하나의 상기 N극 자석과 하나의 상기 S극 자석은 한 스텝으로 정의되고,
   상기 제어부는 상기 두개의 회전자를 한스텝씩 회전하면서 상기 센서를 통해 소음의 크기를 측정하는,
   능동형 자동평형장치.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 하나 이상의 센서는,
   상기 회전축에서 동일 거리만큼 떨어지며, 상기 회전축을 중심으로 서로 등각으로 배치된 것을 특징으로 하는,
   능동형 자동평형장치.
8. 능동적으로 회전체의 편심을 보정하는 방법에 있어서,
   두 개의 회전자가 포함하는 각각의 불평형 질량점이 같은 각도에 위치한 상태에서 상기 두 개의 회전자를 함께 회전하며 하나 이상의 센서에서 회전축의 소음을 측정하고, 상기 측정된 소음이 최대로 발생하는 제 1 각도를 산출하는 단계;
   상기 제 1 각도와 180도를 이루는 제 2 각도를 중심으로 상기 두 개의 회전자를 대칭되도록 같은 크기의 각도로 회전해가며 상기 하나 이상의 센서에서 상기 회전축의 소음을 측정하는 단계;
   상기 회전축의 소음이 최소로 발생하는 상기 두 개의 회전자 각각의 회전각도를 산출하여 최종 회전각도로 결정하는 단계;
   상기 두 개의 회전자를 상기 결정된 최종 회전각도로 회전시키는 단계를 포함하며,
   상기 두 개의 회전자의 회전은 고정자에 포함된 두 개의 권선부를 제어하여 생성된 전자기장과 상기 두 개의 회전자에 포함된 영구자석 간 자력에 의하여 수행되는 것을 특징으로 하고,
   상기 두 개의 회전자를 상기 산출된 각각의 회전각도로 회전시키는 단계는:
   상기 두 개의 회전자와 대응하는 상기 두 개의 권선부 각각에 인가하는 펄스 전류의 횟수를 제어하여 상기 두 개의 회전자의 회전각도를 제어하는,
   능동적으로 회전체의 편심을 보정하는 방법.

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