KR102477131B1 - 원거리 입력전원선을 가지는 브러시리스 모터의 보상형 전원공급 제어장치 - Google Patents

원거리 입력전원선을 가지는 브러시리스 모터의 보상형 전원공급 제어장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 원거리 입력전원선을 가지는 브러시리스 모터의 노이즈 보상형 전원공급 제어장치에 관한 것으로, 본 발명에 따른 원거리 입력전원선을 가지는 브러시리스 모터의 전원공급 제어장치는, 10~100m 길이를 가지는 3상 입력전원선 각각의 출력단이 연결된 상기 브러시리스 모터에, 상기 입력전원선 각각의 입력단을 통해 3상 구동전압을 공급하기 위한 3상 구동전압 공급부와; 상기 입력전원선 각각의 입력단에 연결되어 레벨제어를 위한 일정레벨의 직류 제어전압을 인가하는 제어전압 인가부와; 직류 제어전압의 인가에 따라 상기 입력전원선과의 전자기 유도에 의해 유기전력을 각각 발생시키는 유기전력 발생부와; 상기 직류 제어전압의 인가시에 상기 유기전력 발생부를 통해 추출되는 유기전압을 측정하는 유기전압측정부와; 상기 유기전압측정부를 통해 측정된 유기전압을 통해 상기 입력전원선의 출력단 부분의 전압레벨을 계산하여 계산된 상기 입력전원선의 출력단 전압레벨이 미리 설정된 정상범위에 속하는지 여부를 판단하는 레벨 제어부를 구비한다.

Description

원거리 입력전원선을 가지는 브러시리스 모터의 보상형 전원공급 제어장치{Power supply control apparatus for brushless motor with long-distance Input power line}
본 발명은 원거리 입력전원선을 가지는 브러시리스 모터의 보상형 전원공급 제어장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 입력전원선이 10~100m로 길어짐에 따라, 원거리에서 입력되는 3상 구동전압이 노이즈 등으로 인한 전압강하에 따른 문제점을 해결하고, 과열을 방지 또는 최소화할 수 있는 원거리 입력전원선을 가지는 브러시리스 모터의 보상형 전원공급 제어장치에 관한 것이다.
일반적으로 브러시리스(Brushless)모터는 브러쉬, 정류자 등 기계적인 접촉부를 없애고 이것을 전기적으로 바꾸어 놓은 모터를 말한다. 기계적인 접촉부가 없으므로 브러시리스 모터는 고속, 노이즈 발생 억제, 브러시 마모 등을 방지할 수 있다.
브러시리스(Brushless)모터는 고정자에 권선되어 있는 3상의 코일에 3상 전원을 공급하고, 공급된 3상(U상,W상,V상) 전원에 의해 고정자 코일이 각기 자계를 발생함으로써 영구자석으로 이루어진 회전자를 회전시키는 것이다.
이러한 브러시리스모터의 회전을 정확히 제어하기 위해서는 회전자의 위치를 정확히 추정해야 된다. 좀 더 구체적으로 브러시리스 모터는 회전자의 위치를 추정하고, 추정한 회전자의 위치에 따라 고정자에 권취되어 있는 코일에 흐르는 전류의 방향을 전환시킨다. 일반적으로. 회전자의 위치를 추정하기 위해 회전자의 위치를 추정하기 위한 홀 센서, 포토 센서와 같은 센서를 이용하거나, 역기전력을 측정 위치를 산출하는 방법을 이용되고 있다.
한편, 정수장은 취수장에서 원수관을 통해 공급되는 원수를 약품실 및 혼화조에서 약품 투입기 및 혼화기, 펌프에 의하여 약품을 투입 이를 혼화시킨 후 응집조에서 미세한 부유물질(탁질류)등을 응집시킨 다음 침전조에서 응집된 플록을 침전시키고 침전물을 제거하여 금속여과지 및 정수지로 보내지는 일련의 과정에 의하여 정수 처리된다. 이때, 혼화조나 응집조 등과 같이 내부에 채워진 물이 교반되는 과정을 거쳐야 하는 수조(이하 '교반조'라 약칭한다)에는 블레이드가 장착된 교반기가 구비되는데, 이러한 교반기에 상술한 브러시리스 모터가 장착되어 교반기를 구동하게 된다.
교반기에 장착되는 브러시리스 모터 장치는 회전자와 고정자로 구성되는 모터와 모터를 구동하기 위한 3상 전원을 공급하는 전원공급 컨트롤러가 구비되는데, 상기 모터와 상기 전원공급 컨트롤러는 노이즈와 전압강하 문제로 인하여 원거리 컨트롤이 어렵다는 문제점이 있다. 즉 모터와 컨트롤러는 5 m 이하의 전원선을 이용하여 공급되어야 원하는 3상 전원공급이 이루어지는 것으로 알려져 있다. 이에 따라, 대부분의 정수장에 배치되는 교반기의 경우 컨트롤러가 교반기 또는 모터에 부착되는 형태로 배치되는 방식으로 운영되어 왔다.
그러나 이 경우에는, 야외에 위치되어야 하는 정수장의 특성상 여름철 태양열에 의해 컨트롤러 과열로 인한 고장이 발생되는 문제점이 있고, 낙뢰에 의해 파손되는 문제점이 있다.
이에 따라, 컨트롤러 즉 모터에 3상전원을 공급하는 3상 전원공급 컨트롤러를 모터로부터 원거리인 실내에 위치시키면서도, 모터 구동에 제한이 없도록 10~100m 로 긴 원거리 입력전원선을 가지는 경우에의 노이즈 및 전압강하 문제를 해결하고자 하는 노력이 있어왔다.
대한민국 공개특허 제10-2003-0003172(2003.01.09.) 대한민국 등록특허 제10-0308005호(2001.08.27.)
따라서, 본 발명의 목적은 상기한 종래의 문제점을 극복할 수 있는 원거리 입력전원선을 가지는 브러시리스 모터의 보상형 전원공급 제어장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 원거리를 가지는 입력전원선의 노이즈 및 전압강하 문제를 해결할 수 있는 원거리 입력전원선을 가지는 브러시리스 모터의 보상형 전원공급 제어장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 여름철이나 외부 온도가 높을 경우의 모터의 과열을 방지할 수 있는 원거리 입력전원선을 가지는 브러시리스 모터의 보상형 전원공급 제어장치를 제공하는 데 있다.
상기한 기술적 과제들의 일부를 달성하기 위한 본 발명의 구체화에 따라, 본 발명에 따른 원거리 입력전원선을 가지는 브러시리스 모터의 전원공급 제어장치는, 10~100m 길이를 가지는 3상 입력전원선 각각의 출력단이 연결된 상기 브러시리스 모터에, 상기 입력전원선 각각의 입력단을 통해 3상 구동전압을 공급하기 위한 3상 구동전압 공급부와; 상기 입력전원선 각각의 입력단에 연결되어 레벨제어를 위한 일정레벨의 직류 제어전압을 인가하는 제어전압 인가부와; 상기 입력전원선의 출력단 부분이 삽입 관통되는 링코어와, 상기 링코어에 권취된 여자코일이 3개의 입력전원선 각각에 구비되어, 상기 직류 제어전압의 인가에 따라 상기 입력전원선들과의 전자기 유도에 의해 유기전력을 각각 발생시키는 유기전력 발생부와; 상기 직류 제어전압의 인가시에 상기 유기전력 발생부를 통해 추출되는 유기전압을 측정하는 유기전압측정부와; 상기 유기전압측정부를 통해 측정된 유기전압을 통해 상기 입력전원선의 출력단 부분의 전압레벨을 계산하여 계산된 상기 입력전원선의 출력단 전압레벨이 미리 설정된 정상범위에 속하는지 여부를 판단하고, 상기 출력단 전압레벨이 상기 정상범위를 벗어난 경우 상기 정상범위에 속할 때까지 상기 제어전압 인가부에서 직류 제어전압의 레벨을 조절하여 인가하도록 하는 레벨제어신호를 상기 제어전압 인가부에 전송하고, 상기 출력단 전압레벨이 상기 정상범위에 속하는 경우에는 상기 제어전압인가부에서 인가되는 직류제어전압의 레벨을 확정하는 레벨확정신호를 상기 3상구동전압 공급부 및 상기 제어전압 인가부에 전송하는 레벨 제어부를 구비하고, 상기 제어전압 인가부는, 상기 레벨제어신호가 수신되면, 이에 응답하여 직류 제어전압의 레벨을 조절하여 상기 입력전원선의 입력단에 인가하고, 상기 레벨확정신호가 수신되면 상기 직류 제어전압의 인가를 중단하며, 상기 3상 구동전압 공급부는, 상기 레벨확정신호에 응답하여 상기 레벨 제어부에서 확정된 직류 레벨과 동일하도록 상기 3상 구동전압의 레벨을 설정하여, 설정된 레벨을 가지는 3상 구동전압을 상기 모터의 구동을 위한 구동전압으로 공급한다.
상기 유기전압 측정부는, 상기 여자코일의 일단에 연결된 제1노드와 상기 여자코일의 타단인 제2노드 사이에 연결되는 제1저항과; 상기 제2노드와 제3노드 사이에 연결되는 제2저항과; 상기 제3노드에 일단이 연결되는 제3저항과; 상기 제1노드에 애노드가 연결되고 제3저항의 타단에 캐소드가 연결되는 제1다이오드와; 상기 제3노드에 애노드가 연결되고 제4노드에 캐소드가 연결되는 제2다이오드를 구비하여, 상기 제1노드를 공통단자로 하고, 상기 제2노드를 전압측정단자, 상기 제4노드를 전류측정단자로 하여 상기 입력전원선을 통해 추출되는 유기전류 및 유기전압을 동시에 측정할 수 있다.
상기 브러시리스 모터는 BLDC모터일 수 있다.
상기 정상범위는 상기 모터의 구동에 적합한 전압레벨 범위로 미리 설정된 범위일 수 있다.
상기 모터 주변의 온도를 감지하여 온도감지신호를 상기 레벨제어부에 제공하기 위한 외부온도센서를 더 구비하고, 상기 레벨제어부는 상기 정상범위를 상위범위와 하위범위로 구분하고, 상기 온도감지신호를 통해 감지되는 온도가 기준온도보다 높은 경우에는 상기 입력전원선의 출력단 전압레벨이 상기 하위범위에 속하는 경우에 상기 레벨확정신호를 발생하고, 상기 온도감지신호를 통해 감지되는 온도가 기준온도보다 낮은 경우에는 상기 출력단 전압레벨이 상기 상위범위에 속하는 경우에 상기 레벨확정신호를 발생하여 상기 모터의 과열을 제어할 수 있다.
본 발명에 따르면, 원거리를 가지는 입력전원선의 노이즈 등에 따른 전압강하 문제를 해결할 수 있고, 여름철이나 외부 온도가 높을 경우의 모터의 과열을 방지할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 원거리 입력전원선을 가지는 브러시리스 모터의 전원공급 제어장치의 블록도이고,
도 2는 도 1의 유기전력 발생부와 유기전력 측정부의 개략도이고,
도 3은 도 2의 유기전력 측정부의 구체 회로도이고,
도 4는 도 1에서 U 상에 직류 제어전압이 인가되는 경우의 전류경로를 도시한 것이고,
도 5는 도 1의 전원공급 제어장치의 제어동작 순서도를 나타낸 것이고,
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 원거리 입력전원선을 가지는 브러시리스 모터의 전원공급 제어장치의 블록도이다.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예가, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 철저한 이해를 제공할 의도 외에는 다른 의도 없이, 첨부한 도면들을 참조로 하여 상세히 설명될 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 원거리 입력전원선을 가지는 브러시리스 모터의 전원공급 제어장치의 블록도이고, 도 2는 도 1의 유기전력 발생부와 유기전력 측정부의 개략도이고, 도 3은 도 2의 유기전력 측정부의 구체 회로도이고, 도 4는 도 1에서 U 상의 입력전원선(IL)에 직류 제어전압이 인가되는 경우의 전류경로를 나타낸 개략도이다.
도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 브러시리스 모터의 전원공급 제어장치(100)는 3상 구동전압을 공급하는 3상 구동전압 공급부(110)와 브러시리스 모터(300)사이를 연결하는 3상 입력전원선 각각이 10~100m의 길이를 가져, 상기 모터(300)는 10~100m 떨어진 원거리의 실외에 존재하고 상기 3상 구동전압 공급부(110)는 실내에 위치시킨 상태에서, 10~100m의 원거리를 가지는 입력전원선들로 인하여 발생되는 전압강하 및 노이즈의 문제를 해결하기 위한 것이다.
여기서 상기 모터(300)는 BLDC 모터를 포함하여 다양한 브러시리스 모터를 포함할 수 있으며, 본 발명에서는 BLDC 모터를 예로 하여 설명한다.
상기 입력전원선(IL)들은 3개(U상,W상,V상)의 전원선들로 구성되며, 상기 3상 입력전원선(IL)들이 3상 구동전압 공급부(110)에 연결되는 부분을 편의상 입력단으로 칭하고, 상기 3상 입력전원선(IL)들이 상기 브러시리스 모터(300)에 연결되는 부분을 편의상 출력단으로 칭하기로 한다. 즉 3상 입력전원선(IL)들의 입력단은 상기 3상 구동전압 공급부(110)에 연결되고 상기 3상 입력전원선(IL)들의 출력단은 상기 모터(300)에 연결되어, 상기 3상 구동전압 공급부(110)를 통해 공급되는 3상 구동전압이 상기 3상 입력전원선(IL)들을 통해 상기 모터(300)에 공급되게 된다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 브러시리스 모터의 전원공급 제어장치(100)는 3상 구동전압 공급부(110), 제어전압 인가부(120), 유기전력 발생부(130), 유기전력 측정부(140), 레벨제어부(150)를 구비한다.
상기 3상 구동전압 공급부(110)는 상기 브러시리스 모터(300)의 동작을 위해 3상 구동전압을 공급하기 위한 것으로, 모터구동 드라이버나 인버터, 컨트롤러 등으로 모터(300)에 3상 구동전압을 공급하는 장치나 회로를 모두 포함할 수 있다. 상기 3상 구동전압 공급부(110)는 상기 모터(300)에 3상 구동전압을 인가하여 모터(300)의 구동을 제어하기 위하여, 모터 구동부, 게이트 드라이버 및 모터 컨트롤러, 그리고 모터 구동 제어장치 등 모터(300)의 3상 구동전압 공급을 위해 필요하다고 통상의 기술자에게 알려진 모든 장치나 회로를 포함할 수 있다.
상기 3상 구동전압 공급부(110)는 상기 모터(300)의 회전자의 회전에 따라 발생된 역기전력을 감지하여 생성된 위치감지신호 또는 홀센서 등을 이용한 위치감지신호에 의해 회전자의 위치를 파악하여 상기 3상 구동전압의 인가시점을 제어하며, 이는 이미 알려진 바와 같으며 이에 대해서는 설명을 생략한다.
상기 3상 구동전압 공급부(110)는 3상 구동전압을 입력전원선(IL)들을 통해 상기 모터(300)에 공급하여 모터(300)를 구동시키게 된다.
이 경우 원거리를 가지는 입력전원선들로 인하여 발생되는 노이즈나 전압강하로 인하여 상기 모터(300)에 도달되는 3상의 구동전압은 원하는 레벨이 아닐 수 있으며 이 경우 모터(300)의 구동에 문제가 발생될 수 있다. 이를 위해 전압 강하되는 전압레벨 만큼 3상 구동전압의 레벨을 보상해줄 필요가 있다.
이를 위한 구성으로, 제어전압 인가부(120), 유기전력 발생부(130), 유기전력 측정부(140), 레벨제어부(150)가 구비된다.
상기 제어전압 인가부(120)는 상기 입력전원선(IL) 각각의 입력단에 연결되어 레벨제어를 위한 직류 제어전압을 인가한다. 상기 제어전압 인가부(120)는 상기 모터(300)의 구동과는 관계없이 상기 직류 제어전압을 인가하게 된다. 상기 모터(300)의 경우 자기장 변화에 기반하여 내부의 회전자를 회전시키는 구성으로, 변화없이 일정한 레벨의 직류전압을 인가하는 경우에는 상기 모터(300)의 동작에 영향을 주지 않을 것이다.
상기 직류 제어전압의 인가는 상기 입력전원선(IL) 각각에 대하여 순차적으로 인가되게 된다. 우선적으로 3개의 입력전원선(IL)들 중 U상의 입력전원선(IL)에 상기 직류 제어전압을 인가하게 되면, 대응되는 전류는 U상의 입력전원선(IL)과 상기 모터(300)를 거쳐서 W상의 입력전원선(IL) 또는 V상의 입력전원선(IL)을 통하여 상기 제어전압 인가부(120)로 회수되는 구성을 가지도록 할 수 있다. 이 상태에서 상기 유기전력 발생부(130), 상기 유기전력 측정부(140), 상기 레벨제어부(150)를 통해 상기 U상의 입력전원선(IL)에 대한 적정 전압레벨을 확정하게 되면, 이후 순차적으로 W상의 입력전원선(IL)에 직류 제어전압을 인가하고, U상의 입력전원선(IL) 또는 V상의 입력전원선(IL)으로 회수되도록 한 상태에서, 동일한 방식으로 W상의 입력전원선(IL)에 대한 적정 전압레벨을 확정하고, 이후에 V상의 입력전원선(IL)에 직류 제어전압을 인가하고, U상의 입력전원선(IL) 또는 W상의 입력전원선(IL)으로 회수되도록 한 상태에서 V상의 입력전원선(IL)에 대한 적정 전압레벨을 확정하게 된다.
도 4에서는 일 구현예로, 3개의 입력전원선(IL)들 중 U상의 입력전원선(IL)의 입력단에 상기 직류 제어전압을 인가하게 되면, 대응되는 전류(i)는 U상의 입력전원선(IL)과 상기 모터(300)를 거쳐서 W상의 입력전원선(IL) 및 상기 제어전압 인가부(120)의 전류패스를 구성하는 것을 도시하고 있다.
상기 제어전압 인가부(120)는 전압분배기나 기타 전압레벨 조정을 위한 수단 또는 알고리즘을 이용하여 상기 직류 제어전압의 레벨을 변경하는 것이 가능하다.
상기 제어전압 인가부(120)는 상기 입력전원선(IL) 각각의 입력단에 일정한 레벨의 직류 제어전압을 인가하는 것으로, 입력전원선(IL) 모두에 동일한 레벨의 직류 제어전압을 인가하는 것이 아니라, 서로 다른 레벨의 직류제어전압을 상기 입력전원선(IL)들 각각에 독립적으로 인가되는 것이 가능한 구성을 가질 수 있다.
상기 제어전압 인가부(120)는, 일단은 초기값으로 설정된 일정 레벨의 직류 제어전압을 인가하게 되며, 상기 레벨제어부(150)에서 전송되는 레벨제어신호가 수신되면, 이에 응답하여 인가되는 상기 직류 제어전압의 레벨을 조절(대체적으로 상승하는 방향으로 조절)하여 상기 입력전원선(IL) 각각의 입력단에 인가하게 된다. 상기 레벨 제어신호는 상기 입력전원선(IL) 별로 각각 발생되고 이에 대응하여 상기 직류제어전압도 상기 입력전원선(IL)들 각각에 인가되는 구성을 가지게 된다. 이는 입력전원선(IL)들 각각이 서로 다른 전압강하나 노이즈가 발생될 수 있기 때문에 서로 독립적으로 레벨을 제어하는 것이 필요하기 때문이다.
이후 상기 레벨제어부(150)에서 상기 레벨확정신호가 수신되면 상기 직류 제어전압의 인가를 중단하며, 상기 레벨 확정신호의 대상이 된 직류 제어전압의 전압레벨을 적정 전압레벨로 확정하게 된다.
상기 유기전력 발생부(130)는 상기 입력전원선(IL)들 각각의 출력단 부분이 삽입 관통되는 링코어(RC)와, 상기 링코어(RC)에 권취된 여자코일(IC)이 3개의 입력전원선(IL)들 각각에 구비되어, 상기 직류 제어전압의 인가에 따라 상기 입력전원선(IL) 각각과의 전자기 유도에 의해 유기전력을 발생시킨다.
상기 유기전력 발생부(130)는 도 2에 도시된 바와 같이, U,W,V 의 3개의 입력전원선(IL)에 각각에 대하여 설치되는 링코어(RC)와, 상기 링코어(RC)에 권취된 여자코일(IC)을 구비한다.
상기 링코어(RC)는 링(ring) 형상으로 구비되고, 입력전원선(IL) 들 중 어느 하나의 입력전원선이 삽입관통되게 된다. 그리고 상기 여자코일(IC)은 상기 링코어(RC)에 권취된다. 상기 링코어(RC)와 상기 링코어(RC)에 권취된 상기 여자코일(IC)은 상기 입력전원선(IL) 각각에 구비되어, 입력전원선(IL)과의 전자기 유도에 의해 유기전력을 발생시키게 된다. 상기 입력전원선(IL)에 1차 대전류가 흐르게 되면, 상기 입력전원선(IL) 주위에 Ampere의 오른손 법칙에 의해 자계가 발생하고, 이때 발생한 자속(Ф)은 상기 링코어(RC)를 통해 이동한다. 상기 링코어(RC)에 권취된 여자코일(IC)에 이동한 자속이 쇄교하면서 기전력(E)이 유기되는 원리다. 즉, 자속의 변화를 상쇄하는 방향으로 자속 및 기전력이 발생하고 그에 따라 상기 여자코일(IC)에 2차 전류가 흐른다. 이 경우 상기 여자코일(IC)의 양단을 상기 유기전력 측정부(140)에 연결시켜 유기전압과 유기전류를 측정할 수 있다. 상기 유기전력 발생부(130)를 이용하는 경우 상기 입력전원선(IL)의 출력단 측에 별도의 결선이 없이 상기 입력전원선(IL)의 출력단 측의 전압레벨을 알 수 있다는 장점이 있다. 상기 입력전원선(IL)의 출력단은 상기 모터(300)의 입력단에 해당되는 부분으로, 원거리 입력전원선(IL)의 입력단으로 입력된 직류 제어전압의 전압 강하가 어느 정도 이루어진 상태를 가지게 될 것이다.
상기 유기전력 측정부(140)는 도 3에 도시된 바와 같이, 제1저항(R1), 제2저항(R2), 제3저항(R3), 제1다이오드(D1), 제2다이오드(D2)를 구비하는 유기전력 측정회로를 구비한다. 상기 유기전력 측정부(140)는 상기 입력전원선(IL) 들 중 어느 하나의 입력전원선의 유기전력을 측정하기 위한 것으로, 3개의 상기 입력전원선(IL)의 유기전력을 개별적으로 측정하기 위해서는 도 3에 도시된 회로가 3개가 필요하게 된다.
상기 유기전력 측정회로는, 상기 여자코일(IC)의 일단이 연결되는 제1노드(n1)와 상기 여자코일(IC)의 타단인 제2노드(n2) 사이에 연결되는 제1저항(R1)과, 상기 제2노드(n2)와 제3노드(n3) 사이에 연결되는 제2저항(R2)과, 상기 제3노드(n3)에 일단이 연결되고 타단은 상기 제1다이오드(D1)의 캐소드에 연결되는 제3저항(R3)과, 상기 제1노드(n1)에 애노드가 연결되고 제3저항(R3)의 타단에 캐소드가 연결되는 제1다이오드(D1)와, 제3노드(n3)에 애노드가 연결되고 제4노드(n4)에 캐소드가 연결되는 제2다이오드(D2)를 구비한다.
상기 유기전력 측정회로는, 상기 제1노드(n1)를 공통단자(C), 상기 제2노드(n2)를 전압측정단자(V), 상기 제4노드(n4)를 전류측정단자(I)로 하여 상기 입력전원선(IL)의 출력단 부분을 통해 추출되는 유기전압 및 유기전류를 포함하는 유기전력을 동시에 측정할 수 있다.
상기 레벨제어부(150)는 상기 유기전력측정부(140)를 통해 측정된 유기전압을 통해 상기 입력전원선(IL) 각각의 출력단 부분의 전압레벨을 계산하여(또는 추정하여) 미리 설정된 정상범위에 속하는지 여부를 판단하게 된다. 상기 정상범위는 상기 모터(300)의 구동에 적합한 전압레벨 범위(또는 전류레벨 범위)로 미리 설정된 범위일 수 있다.
상기 레벨제어부(150)는 상기 유기전압에 대응되는 상기 입력전원선(IL) 각각의 출력단 부분의 전압레벨(또는 전류레벨)을 알 수 있는 테이블 정보 또는 레벨계산을 위한 수학식에 대한 정보를 저장하거나 이를 파악할 수 있는 알고리즘을 저장하고 있다. 이에 따라 상기 유기전압이 측정되는 경우 이에 대응되는 상기 입력전원선(IL)의 출력단 부분의 전압레벨을 계산할 수 있게 된다.
여기서 상기 유기전압을 이용하는 대신에 유기전류를 이용하여 계산하는 것도 가능하고, 상기 입력전원선(IL)의 출력단 부분의 전압레벨 대신에 상기 입력전원선(IL) 출력단 부분의 전류레벨을 계산하는 것도 가능하다. 이하에서는 유기전압을 이용하여 전압레벨을 계산하는 것으로 하여 설명하기로 한다.
상기 레벨제어부(150)는 상기 입력전원선(IL)의 출력단 부분의 계산된 전압레벨이 상기 정상범위를 벗어난 경우 상기 정상범위에 속할 때까지 상기 제어전압 인가부(120)에서 직류 제어전압의 레벨을 조절(대체적으로 상승하는 방향으로 조절)하여 인가하도록 하기 위한 레벨제어신호를 상기 제어전압 인가부(120)에 전송한다. 상기 제어전압 인가부(120)는 상기 레벨 제어신호가 입력되면 상기 입력전원선(IL)의 입력단 부분으로 인가되는 직류 제어전압의 레벨을 일정부분 조절하여(대체적으로 상승시켜) 다시 인가하게 된다. 이러한 상태에서 다시 상기 입력전원선(IL)의 출력단 부분의 유기전압을 측정하여 상기 입력전원선(IL)의 출력단 부분의 전압레벨을 계산하고, 계산된 전압레벨이 상기 정상범위인지를 판단하게 된다. 이러한 과정은 상기 계산된 전압레벨이 상기 정상범위에 속할 때까지 계속되게 된다.
이는 원거리 입력전원선(IL)의 노이즈 등에 따른 전압강하를 보상하여 모터(300)의 최적의 정상동작을 돕기 위한 것으로, 상기 계산된 전압레벨이 상기 정상범위에 속하는 경우에는 상기 레벨제어부(150)는 상기 제어전압 인가부(120)에서 인가되는 직류 제어전압의 레벨을 확정하는 레벨확정신호를 상기 3상구동전압 공급부(110) 및 상기 제어전압 인가부(120)에 전송하게 된다.
상기 레벨확정신호가 수신되면 상기 제어전압 인가부(120)는 상기 직류 제어전압의 인가를 중단하게 된다. 이로서 상기 모터(300)의 구동을 위한 적정 구동전압이 확정되게 된다.
상기 레벨확정신호가 수신되면, 상기 3상 구동전압 공급부(110)는, 상기 레벨확정신호에 응답하여 상기 레벨 제어부(150)에서 확정된 직류 레벨, 즉 상기 레벨확정신호의 대상이 된 직류 제어전압레벨(레벨확정신호 발생당시에 상기 제어전압 인가부(120)에서 인가된 직류 제어전압의 레벨)과 동일하도록 상기 3상 구동전압의 레벨을 설정하게 된다. 즉 상기 3상 구동전압 공급부(110)는 모터(300) 구동을 위한 3상 구동전압의 인가시에, 설정된 레벨을 가지는 구동전압을 대응되는 입력 전원선(IL)에 인가하게 되는 것이다. 여기서 설정된 레벨은 상기 모터(300)의 구동을 위해 상기 구동전압 인가시에 인가되는 가장 높은 전압레벨 또는 평균전압레벨을 의미할 수 있다.
이러한 입력 전원선(IL)에 대한 모터 구동전압의 설정과정은 상기 입력전원선(IL) 각각에 대하여 독립적으로 수행되게 된다. 하나의 입력 전원선(IL)에 대하여 레벨을 설정하고 설정된 레벨을 다른 입력전원선(IL)들에도 함께 적용하는 것도 가능하지만, 입력전원선(IL) 각각이 서로 다른 영향을 받을 수 있기 때문에 상기 입력전원선(IL)각각에 대하여 독립적으로 전압레벨을 설정하는 작업을 수행되게 된다.
결과적으로 상기 3상 구동전압 공급부(110)에서 상기 설정된 전압레벨의 구동전압을 상기 입력전원선(IL)에 인가하게 되면, 상기 모터(300)에 입력되는 전압은 정상범위의 전압레벨로 입력되게 되므로, 원거리 입력전원선(IL)의 전압강하의 문제가 발생된다고 하여도 원활한 모터 구동이 가능하게 된다.
이하 도 5를 통해 도 1 내지 도 4에 도시된 구성을 바탕으로 3개의 입력전원선(IL)들 중 U상의 입력전원선(IL)에 상기 직류 제어전압을 인가하는 경우를 가정하여 상기 전원공급 제어장치(100)의 동작을 설명하기로 한다. 도 5는 도 1의 전원공급 제어장치의 제어동작 순서도를 나타낸 것이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 모터(300)에 인가되는 구동전압의 레벨을 확정하기 위해, 특히 U상의 입력전원선(IL)에 입력된 적정 전압레벨을 판단하기 위해, 우선적으로, 상기 제어전압 인가부(120)를 통해 3개의 입력전원선(IL)들 중 U상의 입력전원선(IL)의 입력단에 일정 레벨의 상기 직류 제어전압을 인가하게 된다(S110). 이 경우 대응되는 전류는 U상의 입력전원선(IL)과 상기 모터(300)를 거쳐서 W상의 입력전원선(IL)을 통하여 상기 제어전압 인가부(120)의 전류패스를 구성하게 된다.
이 상태에서 상기 유기전력 발생부(130) 및 상기 유기전력 측정부(130)를 통해 상기 입력전원선(IL)의 출력단 부분의 유기전압을 측정하게 된다(S120). 이후 상기 레벨제어부(150)에서는 측정된 유기전압을 통해 상기 입력전원선(IL)의 출력단 부분의 전압레벨을 계산하게 된다(S130).
이후 상기 레벨제어부(150)에서는 계산된 전압레벨이 상기 정상범위에 있는지 여부를 판단한다(S140). 상기 계산된 전압레벨이 상기 정상범위를 벗어난 경우에는(NO), 상기 정상범위에 속할 때까지 상기 제어전압 인가부(120)에서 직류 제어전압의 레벨을 조절(대체적으로 상승하는 방향으로 조절)하여 인가하도록 하기 위한 상기 레벨제어신호를 상기 제어전압 인가부(120)에 전송한다(S180).
이때 상기 제어전압 인가부(120)에서는 상기 레벨제어신호가 입력되면 상기 입력전원선(IL)의 입력단 부분으로 인가되는 직류 제어전압의 레벨을 일정부분 조절하여(대체적으로 상승시켜) 다시 인가하게 된다(S110). 이러한 상태에서 다시 상기 입력전원선(IL)의 출력단 부분의 유기전압을 측정하여(S120), 상기 입력전원선(IL)의 출력단 부분의 전압레벨을 계산하고(S130), 계산된 전압레벨이 상기 정상범위인지를 판단하는 과정(S140)을 상기 계산된 전압레벨이 상기 정상범위에 속할 때까지 계속되게 된다.
다음으로 상기 계산된 전압레벨이 상기 정상범위에 속하는 경우에는(YES), 상기 레벨제어부(150)는 상기 제어전압 인가부(120)에서 인가되는 직류 제어전압의 레벨을 확정하는 레벨확정신호를 상기 3상구동전압 공급부(110) 및 상기 제어전압 인가부(120)에 전송하게 된다(S150).
상기 제어전압 인가부(120)는 상기 레벨확정신호가 수신되면 상기 직류 제어전압의 인가를 중단하게 된다. 이로서 상기 모터(300)의 구동을 위한 적정 구동전압이 확정되게 된다.
상기 3상 구동전압 공급부(110)는, 상기 레벨확정신호가 수신되면, 상기 레벨확정신호에 응답하여 상기 레벨 제어부(150)에서 확정된 직류 레벨, 즉 상기 레벨확정신호의 대상이 된 직류 제어전압레벨(레벨확정신호 발생당시에 상기 제어전압 인가부(120)에서 인가된 직류 제어전압의 레벨)과 동일하도록 상기 3상 구동전압의 인가 전압레벨을 설정하게 된다(S160).
이러한 전압레벨의 확정과정은 나머지 입력전원선들, 즉 W 상의 입력전원선(IL), 및 V 상의 입력전원선(IL)에도 순차적으로 적용되어 각각의 입력전원선(IL)들에 대하여 적정 구동전압 레벨을 확정하는 것이 가능하다.
이후 모터 구동시에 설정된 전압레벨을 가지는 3상 구동전압을 상기 입력전원선(IL) 들 각각에 인가하여(S160), 모터(300)를 구동하게 된다(S170). 이렇게 되면 원거리 입력전원선이 노이즈 등에 따른 전압강하가 발생된다고 하여도 모터(300)에는 정상범위의 구동전압이 입력되도록 할 수 있게 된다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 원거리 입력전원선을 가지는 브러시리스 모터의 전원공급 제어장치의 블록도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 브러시리스 모터의 전원공급 제어장치(100)는 3상 구동전압 공급부(110), 제어전압 인가부(120), 유기전력 발생부(130), 유기전력 측정부(140), 레벨제어부(150)을 구비하며, 추가적으로 외부 온도센서(190)를 더 구비한다. 상기 3상 구동전압 공급부(110), 상기 제어전압 인가부(120), 상기 유기전력 발생부(130), 상기 유기전력 측정부(140)의 구성은 도 1 내지 도 4를 통해 설명한 본 발명의 제1 실시예의 경우와 동일하다. 또한 상기 레벨제어부(150)의 구성 또한 상기 온도센서(190)에 대응되는 구성 외에 다른 구성은 본 발명의 제1 실시예의 경우와 동일하다.
상기 온도센서(190)를 이용한 구성은 상기 모터(300)에 적정 레벨의 구동전압을 공급하면서도 여름철 주변온도의 상승에 따른 과열을 방지하기 위함이다.
상기 온도센서(190)는 상기 모터(300) 또는 모터(300) 주변의 온도를 감지하여 온도감지신호를 상기 레벨제어부(150)에 제공한다.
상기 레벨제어부(150)는 상기 정상범위를 중간범위를 기준으로 하여 상위범위와 하위범위로 구분하고, 상기 온도감지신호를 통해 감지되는 온도가 기준온도보다 높은 경우에는 상기 출력단 전압레벨이 상기 하위범위에 속하는 경우에 상기 레벨확정신호를 발생한다. 이렇게 되면 상기 3상 구동전압 공급부(110)에서 인가되는 구동전압의 레벨이 상기 정상범위에 속하도록 상기 모터(300)에 인가되면서도 외부온도가 기준온도보다 낮은 경우에 비해 상대적으로 낮아지게 된다.
그리고, 상기 온도감지신호를 통해 감지되는 온도가 기준온도보다 낮은 경우에는 상기 출력단 전압레벨이 상기 상위범위에 속하는 경우에 상기 레벨확정신호를 발생하게 된다. 이렇게 되면 상기 3상 구동전압 공급부(110)에서 인가되는 구동전압의 레벨이 상기 정상범위에 속하도록 상기 모터(300)에 인가되면서도 외부온도가 기준온도보다 높은 경우에 비해 상대적으로 높아지게 된다.
통상적으로 모터(300)는 인가되는 구동전압레벨이 높으면 회전속도가 빠르고 인가되는 전압레벨이 낮으면 회전속도가 느려지는 것으로 알려져 있다. 정수장에 설치된 교반기에 장착되는 모터의 경우는 외부에 노출되어 있기 때문에 외부 온도에 민감하다. 특히 여름철과 같이 외부 온도가 높은 경우에 모터는 쉽게 과열될 염려가 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해, 정상범위 내에서 외부 온도가 높으면 모터의 회전속도를 상대적으로 느리게 하고, 외부온도가 낮으면 모터의 회전속도를 상대적으로 빠르게 하는 등, 외부온도에 대응하여 모터(300)의 회전속도를 제어하는 것이 가능해지므로, 모터(300)의 과열을 최소화하는 것이 가능하다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 원거리를 가지는 입력전원선의 노이즈 등에 따른 전압강하 문제를 해결할 수 있고, 여름철이나 외부 온도가 높을 경우의 모터의 과열을 방지할 수 있는 장점이 있다.
상기한 실시예의 설명은 본 발명의 더욱 철저한 이해를 위하여 도면을 참조로 예를 든 것에 불과하므로, 본 발명을 한정하는 의미로 해석되어서는 안될 것이다. 또한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기본적 원리를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화와 변경이 가능함은 명백하다 할 것이다.
110 : 3상 구동전압 공급부 120 : 제어전압 인가부
130 : 유기전력 발생부 140 : 유기전력 측정부
150 : 레벨제어부 190 : 온도센서
300 : 모터

Claims (5)

  1. 원거리 입력전원선을 가지는 브러시리스 모터의 전원공급 제어장치에 있어서:
    10~100m 길이를 가지는 3상 입력전원선 각각의 출력단이 연결된 상기 브러시리스 모터에, 상기 입력전원선 각각의 입력단을 통해 3상 구동전압을 공급하기 위한 3상 구동전압 공급부와;
    상기 입력전원선 각각의 입력단에 연결되어 레벨제어를 위한 일정레벨의 직류 제어전압을 인가하는 제어전압 인가부와;
    상기 입력전원선의 출력단 부분이 삽입 관통되는 링코어와, 상기 링코어에 권취된 여자코일이 3개의 입력전원선 각각에 구비되어, 상기 직류 제어전압의 인가에 따라 상기 입력전원선과의 전자기 유도에 의해 유기전력을 각각 발생시키는 유기전력 발생부와;
    상기 직류 제어전압의 인가시에 상기 유기전력 발생부를 통해 추출되는 유기전압을 측정하는 유기전압측정부와;
    상기 유기전압측정부를 통해 측정된 유기전압을 통해 상기 입력전원선의 출력단 부분의 전압레벨을 계산하여 계산된 상기 입력전원선의 출력단 전압레벨이 미리 설정된 정상범위에 속하는지 여부를 판단하고, 상기 출력단 전압레벨이 상기 정상범위를 벗어난 경우 상기 정상범위에 속할 때까지 상기 제어전압 인가부에서 직류 제어전압의 레벨을 조절하여 인가하도록 하는 레벨제어신호를 상기 제어전압 인가부에 전송하고, 상기 출력단 전압레벨이 상기 정상범위에 속하는 경우에는 상기 제어전압인가부에서 인가되는 직류제어전압의 레벨을 확정하는 레벨확정신호를 상기 3상구동전압 공급부 및 상기 제어전압 인가부에 전송하는 레벨 제어부를 구비하고,
    상기 제어전압 인가부는,
    상기 레벨제어신호가 수신되면, 이에 응답하여 직류 제어전압의 레벨을 조절하여 상기 입력전원선의 입력단에 인가하고, 상기 레벨확정신호가 수신되면 상기 직류 제어전압의 인가를 중단하며,
    상기 3상 구동전압 공급부는, 상기 레벨확정신호에 응답하여 상기 레벨 제어부에서 확정된 직류 레벨과 동일하도록 상기 3상 구동전압의 레벨을 설정하여, 설정된 레벨을 가지는 3상 구동전압을 상기 모터의 구동을 위한 구동전압으로 공급하고,
    상기 제어전압인가부, 상기 유기전압발생부, 상기 유기전압측정부 및 상기 레벨제어부는, 상기 3상 구동전압 공급부에서 상기 모터의 구동을 위해 공급되는 3상 구동전압의 레벨을 보상하기 위한 구성이고,
    상기 유기전압 측정부는,
    상기 여자코일의 일단에 연결된 제1노드와 상기 여자코일의 타단인 제2노드 사이에 연결되는 제1저항과;
    상기 제2노드와 제3노드 사이에 연결되는 제2저항과;
    상기 제3노드에 일단이 연결되는 제3저항과;
    상기 제1노드에 애노드가 연결되고 제3저항의 타단에 캐소드가 연결되는 제1다이오드와;
    상기 제3노드에 애노드가 연결되고 제4노드에 캐소드가 연결되는 제2다이오드를 구비하여, 상기 제1노드를 공통단자로 하고, 상기 제2노드를 전압측정단자, 상기 제4노드를 전류측정단자로 하여 상기 입력전원선을 통해 추출되는 유기전류 및 유기전압을 동시에 측정하고,
    상기 입력 전원선에 대한 모터 구동전압의 설정과정은 입력전원선들 각각에 대하여 독립적으로 수행되고,
    상기 브러시리스 모터의 전원공급 제어장치는,
    상기 모터 주변의 온도를 감지하여 온도감지신호를 상기 레벨제어부에 제공하기 위한 외부온도센서를 더 구비하고,
    상기 레벨제어부는 상기 정상범위를 상위범위와 하위범위로 구분하고, 상기 온도감지신호를 통해 감지되는 온도가 기준온도보다 높은 경우에는 상기 입력전원선의 출력단 전압레벨이 상기 하위범위에 속하는 경우에 상기 레벨확정신호를 발생하고, 상기 온도감지신호를 통해 감지되는 온도가 기준온도보다 낮은 경우에는 상기 출력단 전압레벨이 상기 상위범위에 속하는 경우에 상기 레벨확정신호를 발생하여 상기 모터의 과열을 제어함을 특징으로 하는 브러시리스 모터의 전원공급 제어장치.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 브러시리스 모터는 BLDC모터임을 특징으로 하는 브러시리스 모터의 전원공급 제어장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 정상범위는 상기 모터의 구동에 적합한 전압레벨 범위로 미리 설정된 범위임을 특징으로 하는 브러시리스 모터의 전원공급 제어장치.
  5. 삭제
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