KR102602492B1 - 이앙기 조향핸들의 각도 제어용 bldc 모터 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이앙기의 이동 방향을 전환하기 위한 조향핸들에 적용되는 것으로, 상기 이양기의 조향핸들과 전기적으로 연결되어, 상기 이앙기가 사전에 설정된 운행 라인을 벗어나지 않도록, 상기 조향핸들을 회동시키는 구동모터(20), 상기 이앙기의 절대 위치, 상기 구동모터(20)의 회전속도 및 인가전류를 감지하는 센서부(30) 및 상기 센서부(30)에 의해 감지된 데이터에 따라, 상기 구동모터(20)를 제어하는 컨트롤모듈(40)을 포함하고, 상기 운행 라인은 상기 이앙기의 운행이 시작되는 시작 지점 및 상기 이앙기의 운행이 종료되는 종료 지점을 연결한 가상의 직선인 것을 특징으로 한다.

Description

이앙기 조향핸들의 각도 제어용 BLDC 모터{BLDC motor for angle control of the rice transplanter's steering wheel}
본 발명은 BLDC 모터에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 이앙기가 사전에 설정된 운행 라인을 벗어나지 않도록 조향핸들의 회전각도를 자동으로 제어하기 위한 구동모터가 구비된 이앙기 조향핸들의 각도 제어용 BLDC 모터에 관한 것이다.
이앙기는 못자리 또는 육묘상자에서 자란 모를 논에 옮겨 심는 농기구로써, 모내기기계라고도 한다. 모심기 작업에서는 논의 높낮이가 다를 뿐만 아니라, 논에는 물이 가득 차 있으므로, 일일히 수작업을 하지 않는 이상 줄을 올곧게 세우기가 쉽지 않다.
그러나, 종래의 이앙기에서는 운전자가 조향핸들을 조작하여, 운행라인을 따라 직진하며, 주행해야 하므로, 운전자의 피로도가 증가하는 문제점이 있었다. 여기서, 운행라인은 이앙기의 운행이 시작되는 시작지점 및 이앙기의 운행이 종료되는 종료지점을 연결한 가상의 직선을 의미한다.
또한, 초보자가 종래의 이앙기를 운행하는 경우, 조향핸들의 조작이 익숙하지 않아, 모의 줄을 정확하게 맞추기 어렵다는 문제점이 있었다.
한편, 상기 조향핸들을 정확히 조작하기 위해, 상기 이앙기에 BLDC 모터(Brushless Direct Current)가 적용되는 경우, 상기 BLDC 모터에서는 회전자 및 고정자 간의 위치 변화에 의한 자속의 변화로 토크의 변동량, 즉, 코깅 토크(Cogging Torque)가 빈번히 발생하여, 상기 BLDC 모터의 소음 및 진동이 증가하는 문제점이 있었다.
상기 이앙기는 사전에 설정된 운행라인을 벗어나지 않도록, 상기 운행라인을 따라 일정한 방향으로 직진하며, 주행되어야 할 필요가 있다.
KR 10-2001-0100648 A KR 10-2017-0092904 A
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 이앙기가 사전에 설정된 운행 라인을 벗어나지 않도록 조향핸들의 회전각도를 자동으로 제어하기 위한 구동모터가 구비된 이앙기 조향핸들의 각도 제어용 BLDC 모터를 제공하는데 있다.
상기와 같은 기술적인 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에 의한 이앙기 조향핸들의 각도 제어용 BLDC 모터는 이앙기의 이동 방향을 전환하기 위한 조향핸들에 적용되는 것으로, 상기 이양기의 조향핸들과 전기적으로 연결되어, 상기 이앙기가 사전에 설정된 운행 라인을 벗어나지 않도록, 상기 조향핸들을 회동시키는 구동모터(20), 상기 이앙기의 절대 위치, 상기 구동모터(20)의 회전속도 및 인가전류를 감지하는 센서부(30) 및 상기 센서부(30)에 의해 감지된 데이터에 따라, 상기 구동모터(20)를 제어하는 컨트롤모듈(40)을 포함하고, 상기 운행 라인은 상기 이앙기의 운행이 시작되는 시작 지점 및 상기 이앙기의 운행이 종료되는 종료 지점을 연결한 가상의 직선인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 구동모터(20)는 내측에 전류가 인가되는 코일이 감긴 슬롯(21a) 9개가 원주 방향으로 구비된 고정자(stator)(21), 상기 고정자(21)의 내측 중앙에 원주 방향으로 6개가 구비된 스큐자석(22), 상기 스큐자석(22)의 내측 중앙에 구비된 회전자(rotor)(23), 상기 회전자(23)의 회전력에 의해 회동하는 샤프트(24), 상기 샤프트(24)의 하부 중앙에 구비되고, 저면에 N극 및 S극이 형성된 감지자석(25) 및 상기 고정자(21)의 외측에 구비되어, 상기 고정자(21) 및 회전자(23)를 보호하는 케이스(26)를 포함하고, 상기 샤프트(24)는 상부에 상부샤프트(24a)가 형성되고, 상기 상부샤프트(24a)의 하부에 상기 상부샤프트(24a)보다 외경이 큰 중앙샤프트(24b)가 형성되고, 상기 스큐자석(22)은 N극 및 S극이 상기 회전자(23)의 원주 방향으로 교대로 배치되고, 상기 센서부(30)는 상기 이앙기의 절대 위치를 감지하는 위치센서(31), 상기 감지자석(25)의 N극의 위치 변화에 따른 자계의 변화를 감지하는 각도센서(32), 상기 구동모터(20)의 회전속도를 측정하는 속도센서(33) 및 상기 구동모터(20)의 인가전류를 측정하는 전류센서(34)를 포함하고, 상기 각도센서(32)는 상기 자계의 변화에 비례하는 상기 각도센서(32) 회로의 저항을 산출하고, 인가전압에 대해 상기 각도센서(32) 회로의 저항에 비례하는 출력전압을 산출하고, 상기 인가전압은 상기 각도센서(32)로 인가되는 전압이고, 상기 출력전압은 상기 자계의 변화에 의해 변경된 인가전압인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 고정자(21)는 내경이 34.95mm 이상 35.00mm 이하이고, 외경이 55.95mm 이상 56.00mm 이하이고, 상기 회전자(23)는 내경이 10.01mm 이상 10.03mm 이하이고, 외경이 28.97mm 이상 28.99mm 이하이고, 상기 상부샤프트(24a)는 외경이 8mm이고, 상기 중앙샤프트(24b)는 외경이 10mm이고, 상기 케이스(26)는 직육면체의 형상으로 형성되고, 가로가 59.85mm 이상 60.15mm 이하이고, 세로가 59.85mm 이상 60.15mm 이하이고, 높이가 54.85mm 이상 55.15mm 이이고, 상기 스큐자석(22)의 스큐각은 18~22도로 형성되고, 상기 스큐각은 상기 스큐자석(22)의 옆면과 상기 샤프트(24)의 회전축 사이의 각도인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 컨트롤모듈(40)은 직류 전력을 상기 구동모터(20)에 공급하는 전력변환부(41), 위치센서(31)에 의해 감지된 상기 이앙기의 절대 위치 데이터에 따라, 상기 시작 지점 및 종료 지점이 등록되는 등록부(42), 각도센서(32)의 출력전압에 의해 산출된 상기 감지자석(25)의 회전각도를 포함하는 회전신호를 생성하는 회전제어부(43) 및 상기 회전제어부(43)에 의해 생성된 상기 회전신호에 따라, 상기 전력변환부(41)가 상기 구동모터(20)에 공급하는 전류량을 가변시킬 수 있도록 제어함으로써, 상기 구동모터(20)의 회전각도를 조절하는 전류제어부(45)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 회전제어부(43)는 상기 각도센서(32)의 출력전압에 반비례하는 상대간격을 바탕으로, 위치좌표 (x, y)를 산출하고, 수식 θ=tan-1(y/x)를 이용하여, 산출된 상기 감지자석(25)의 회전각도 θ를 포함하는 회전신호를 생성하고, 상기 상대간격은 상기 각도센서(32)의 기준점 및 상기 감지자석(25)의 N극 간의 거리이고, 상기 각도센서(32)의 기준점은 상기 각도센서(32)에 편향되게 설정된 기준 좌표이고, 상기 위치좌표는 상기 감지자석(25) N극의 평면 좌표인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 컨트롤모듈(40)은 속도센서(33)에 의해 검출된 상기 구동모터(20)의 실제 회전속도가 사전에 설정된 최고속도를 초과하는 경우, 속도상한신호를 생성하는 속도제어부(44)를 더 포함하고, 상기 속도상한신호는 상기 최고속도에서 상기 구동모터(20)의 실제 회전속도를 차감한 제1 속도편차를 포함하는 신호이고, 상기 전류제어부(45)는 상기 속도제어부(44)에 의해 생성된 상기 속도상한신호에 따라, 상기 상기 전력변환부(41)가 상기 구동모터(20)에 공급하는 전류량을 감소시키도록 제어함으로써, 상기 구동모터(20)의 회전속도를 상기 최고속도 이하로 감소시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 속도제어부(44)는 상기 속도센서(33)에 의해 검출된 상기 구동모터(20)의 실제 회전속도가 사전에 설정된 최저속도 미만인 경우, 속도하한신호를 생성하고, 상기 속도하한신호는 상기 최저속도에서 상기 구동모터(20)의 실제 회전속도를 차감한 제2 속도편차를 포함하는 신호이고, 상기 전류제어부(45)는 상기 속도제어부(44)에 의해 생성된 상기 속도하한신호에 따라, 상기 전력변환부(41)가 상기 구동모터(20)에 공급하는 전류량을 증가시키도록 제어함으로써, 상기 구동모터(20)의 회전속도를 상기 최저속도 이상으로 증가시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 이앙기 조향핸들의 각도 제어용 BLDC 모터에서는 운전자가 운행 라인을 따라 직진 주행하기 위한 조향핸들을 조작할 필요가 없어, 운전자의 피로도가 경감되는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의한 이앙기 조향핸들의 각도 제어용 BLDC 모터에서는 조향핸들의 조작이 익숙하지 않은 초보자가 이앙기를 운행하는 경우에도, 운행 라인을 정확히 맞출 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의한 이앙기 조향핸들의 각도 제어용 BLDC 모터에서는 구동모터의 코깅 토크를 저감시킬 수 있도록, 상기 BLDC 모터의 회전자의 외주면에 스큐자석이 적용되어, 상기 BLDC 모터의 소음 및 진동을 획기적으로 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 의한 이앙기 조향핸들의 각도 제어용 BLDC 모터의 정면도이다.
도 2는 본 발명에 의한 이앙기 조향핸들의 각도 제어용 BLDC 모터의 블록도이다.
도 3은 회전자, 스큐자석 및 고정자의 결합 관계를 설명하기 위한 평면도이다.
도 4는 도 3에 도시된 고정자의 평면도이다.
도 5는 도 3에 도시된 스큐자석의 평면도 및 정면도이다.
도 6는 샤프트, 감지자석 및 각도센서의 구성도이다.
도 7은 구동모터의 회전각도 제어 과정을 설명하기 위한 순서도이다.
도 8은 구동모터의 감속 제어 과정을 설명하기 위한 순서도이다.
도 9는 구동모터의 가속 제어 과정을 설명하기 위한 순서도이다.
도 10은 구동모터의 과전류 제어 과정을 설명하기 위한 순서도이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
그러나, 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 일 예에 불과한 것으로 이에 의해 본 발명의 권리범위가 축소되거나 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명에 의한 이앙기 조향핸들의 각도 제어용 BLDC 모터는 이앙기의 이동 방향을 전환하기 위한 조향핸들에 적용된다.
도 1은 본 발명에 의한 이앙기 조향핸들의 각도 제어용 BLDC 모터(10)의 정면도이고, 도 2는 본 발명에 의한 이앙기 조향핸들의 각도 제어용 BLDC 모터(10)의 블록도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 이앙기 조향핸들의 각도 제어용 BLDC 모터(10)는 구동모터(20), 센서부(30) 및 컨트롤모듈(40)을 포함하여 구성된다.
먼저, 구동모터(20)는 컨트롤모듈(40)을 통해 이양기의 조향핸들과 전기적으로 연결되어, 이앙기가 사전에 설정된 운행라인을 벗어나지 않도록, 조향핸들을 일방향으로 회동시킨다. 여기서, 운행라인은 이앙기의 운행이 시작되는 시작지점 및 이앙기의 운행이 종료되는 종료지점을 연결한 가상의 직선을 의미한다.
그리고, 센서부(30)는 이앙기의 절대위치, 구동모터(20)의 회전속도 및 인가전류를 감지한다.
그리고, 컨트롤모듈(40)은 센서부(30)에 의해 감지된 데이터에 따라, 구동모터(20)를 제어한다.
한편, 배터리부는 이앙기의 일측에 구비되어, 구동모터(20), 센서부(30) 및 컨트롤모듈(40)에 필요한 전력을 공급한다. 이때, 배터리부로부터 출력되는 전력은 직류 배터리 12VDC의 형태로 구성된다.
도 3은 회전자(23), 스큐자석(22) 및 고정자(21)의 결합 관계를 설명하기 위한 평면도이고, 도 4는 도 3에 도시된 고정자(21)의 평면도이다. 도 5는 도 3에 도시된 스큐자석(22)의 평면도 및 정면도이고, 도 6는 샤프트(24), 감지자석(25) 및 각도센서(32)의 구성도이다.
도 3 내지 도 6을 참조하면, 구동모터(20)는 고정자(21), 스큐자석(22), 회전자(23), 샤프트(24), 감지자석(25) 및 케이스(26)을 포함하여 구성된다.
먼저, 고정자(stator)(21)는 구동모터(20)의 외측에 구비되고, 고정자(21)의 내측에는 전류가 인가되는 코일(21b)(미도시)이 감겨 있는 슬롯(21a) 9개가 원주 방향으로 구비된다.
이때, 고정자(21)의 내경은 34.95mm 이상 35.00mm 이하로 형성되고, 고정자(21)의 외경은 55.95mm 이상 56.00mm 이하로 형성된다.
그리고, 스큐자석(22)은 고정자(21)의 내측 중앙에 원주 방향으로 6개가 구비된다.
그리고, 회전자(rotor)(23)는 스큐자석(22)의 내측 중앙에 구비된다.
이때, 회전자(23)의 내경은 10.01mm 이상 10.03mm 이하로 형성이고, 회전자(23)의 외경은 28.97mm 이상 28.99mm 이하로 형성된다.
한편, 스큐자석(22)의 N극 및 S극은 회주면의 원주 방향으로 교대로 배치된다.
이때, 스큐자석(22)은 구동모터(20)의 코깅 토크가 저감될 수 있도록, 옆면이 경사지게 착자(magnetize, 또는 자화)된 자석이고, 스큐각은 스큐자석(22)의 옆면과 샤프트(24)의 회전축 사이의 각도를 의미한다.
이때, 스큐자석(22)의 잔류자속밀도(Br), 보자력(Hcb), 고유 보자력(Hjc) 및 최대 에너지적(BHmax)는 각각 7.6~8.1kG, 5.0~6.0kOme, 6.0~8.0kOme 및 11.0~12.0 MGOm이고, 자력 방향은 회전자(23)의 반경 방향으로 형성된다.
이때, 잔류자속밀도(Br)는 외부 자력이 없어도, 잔류하는 자속의 밀도이고, 보자력(Hcb)은 자속밀도(자기유도) 값을 0으로 하기 위해 필요한 외부 자계의 세기를 의미한다.
그리고, 고유 보자력(Hjc)는 자화 값을 0으로 하기 위해 필요한 외부 자계의 세기이고, 최대에너지적(BHmax)은 자성체의 자속밀도 및 자계를 곱한 에너지적의 최대값을 의미한다.
슬롯(21a)에 감긴 코일(21b)에 전류가 인가되면, 고정자(21)의 슬롯(21a) 및 회전자(23)의 스큐자석(22) 간에 자기장이 된다. 그리고, 회전자(23)는 패러데이(Faraday)의 법칙에 의해 일방향으로 회동한다.
여기서, 패러데이의 법칙은 전자기유도에 의해 회로 내에 유발되는 기전력의 크기는 회로를 관통하는 자속의 시간 변화율에 비례하는 것을 의미한다.
그리고, 샤프트(24)는 회전자(23)의 내측 중앙에 구비되어, 회전자(23)의 회전력에 의해 일방향으로 회동한다.
그리고, 샤프트(24)의 상부에는 상부샤프트(24a)가 형성되고, 상부샤프트(24a)의 하부에는 상부샤프트(24a)보다 외경이 큰 중앙샤프트(24b)가 형성된다.
이때, 상부샤프트(24a)의 외경은 8mm로 형성되고, 중앙샤프트(24b)의 외경은 10mm로 형성된다.
그리고, 감지자석(25)은 샤프트(24)의 하부 중앙에 구비되고, 감지자석(25)의 저면에는 N극 및 S극이 형성된다. 구체적으로, 감지자석(25)의 저면 일측에는 N극이 형성되고, 감지자석(25)의 저면 타측에는 S극이 형성된다. 이때, 감지자석(25)은 소정의 두께를 갖는 원판의 형상으로 형성된다.
한편, 6극 9슬롯 모델의 경우, 코깅토크는 20도에 한번씩 일정한 주기를 갖도록 형성된다. 스큐각은 코깅토크 및 토크리필 등을 종합적으로 고려하여, 산출된다. 이때, 스큐각은 18~22도의 각도로 형성되는 것이 바람직하다.
여기서, 코깅 토크는 회전자(23)의 스큐자석(24)과 고정자(21)의 슬롯(21a) 간의 자기력에 의해 발생하는 토크이고, 토크 리필은 샤프트(24)의 출력 토크 변동 시, 샤프트의 최대 토크 및 최소 토크 간의 차이를 의미한다.
그리고, 케이스(26)는 고정자(21)의 외측에 구비되어, 고정자(21) 및 회전자(23)를 보호하는 역할을 한다.
이때, 케이스는(26)는 직육면체의 형상으로 형성되고, 케이스(26)의 가로는 59.85mm 이상 60.15mm 이하로 형성되고, 케이스(26)의 세로는 59.85mm 이상 60.15mm 이하로 형성되고, 케이스(26)의 높이는 54.85mm 이상 55.15mm 이하로 형성된다.
그리고, 센서부(30)는 위치센서(31), 각도센서(32), 속도센서(33) 및 전류센서(34)를 포함하여 구성된다.
먼저, 위치센서(31)는 이앙기의 일측에 구비되어, 이앙기의 절대위치를 감지한다. 위치센서(31)에 의해 감지된 이앙기의 절대위치는 컨트롤모듈(40)로 전송된다.
그리고, 각도센서(32)는 감지자석(25)의 하부 중앙에 구비되어, 감지자석(25) 회전 시, 감지자석(25)의 N극의 위치 변화에 따른 자계의 변화를 감지한다.
그 이후, 각도센서(32)는 상기 자계의 변화에 비례하는 각도센서(32) 회로의 저항을 산출하고, 인가전압에 대해 각도센서(32) 회로의 저항에 비례하는 출력전압을 산출한다. 각도센서(32)에 의해 산출된 출력전압은 컨트롤모듈(40)로 전송된다.
여기서, 인가전압은 각도센서(32)로 인가되는 전압이고, 출력전압은 자계의 변화에 의해 변경된 인가전압을 의미한다.
그리고, 속도센서(33)는 이앙기의 타측에 구비되어, 구동모터(20)의 회전속도를 측정한다. 속도센서(33)에 의해 측정된 구동모터(20)의 회전속도는 컨트롤모듈(40)로 전송된다.
그리고, 전류센서(34)는 구동모터(20)의 인가전류를 측정한다. 전류센서(34)에 의해 측정된 구동모터(20)의 인가전류는 컨트롤모듈(40)로 전송된다.
한편, 샤프트(24), 감지자석(25) 및 각도센서(32)의 중심축(z축)의 평면 좌표(x, y)는 감지자석(25) 회전 시, 감지자석(25)의 회전각도에 대한 오차(x축, y축 방향)가 발생하지 않도록, 각각 직경 1.1mm의 원의 내부에 포함되도록 한다.
도 2를 참조하면, 컨트롤모듈(40)은 전력변환부(41), 등록부(42), 회전제어부(43), 속도제어부(44) 및 전류제어부(45)를 포함하여 구성된다.
먼저, 전력변환부(41)는 배터리부에 의해 출력된 직류 전력을 구동모터(20)에 공급한다.
그리고, 등록부(42)에서는 위치센서(31)에 의해 감지된 이앙기의 절대위치 데이터에 따라, 이앙기가 운행되는 시작지점 및 이앙기의 운행이 종료되는 종료지점이 등록된다.
도 7은 구동모터의 회전각도 제어 과정을 설명하기 위한 순서도이다. 도 7을 참조하면, 회전제어부(43)는 각도센서(32)의 출력전압에 의해 산출된 감지자석(25)의 회전각도를 포함하는 회전신호를 생성한다. 회전제어부(43)에 의해 생성된 회전신호는 전류센서(34)로 전송된다.
구체적으로, 회전제어부(43)는 각도센서(32)의 출력전압에 반비례하는 상대간격을 바탕으로, 위치좌표 (x, y)를 산출한다. 그 이후, 회전제어부(43)는 θ=tan-1(y/x)를 이용하여, 산출된 감지자석(25)의 회전각도 θ를 포함하는 회전신호를 생성한다.
여기서, 상대간격은 각도센서(32)의 기준점 및 감지자석의 N극 간의 거리이고, 각도센서(32)의 기준점은 각도센서(32)의 중심축에 편향되게 설정된 기준 좌표이다. 그리고, 위치좌표는 감지자석(32) N극의 평면 좌표(x, y)이다.
각도센서(32)의 출력전압이 높을수록, 상대간격은 감소하고, 각도센서(32)의 출력전압이 낮을수록, 상대간격은 증가하므로, 상대간격은 각도센서(32)의 출력전압에 반비례한다.
그리고, 전류제어부(45)는 회전제어부(43)에 의해 생성된 회전신호에 따라, 전력변환부(41)가 구동모터(20)에 공급하는 전류량을 가변시킬 수 있도록 제어함으로써, 구동모터(20)의 회전각도를 조절한다.
도 8은 구동모터(20)의 감속 제어 과정을 설명하기 위한 순서도이다.
도 8을 참조하면, 속도제어부(44)는 속도센서(33)에 의해 검출된 구동모터(20)의 실제 회전속도가 사전에 설정된 최고속도를 초과하는 경우, 속도상한신호를 생성한다. 이때, 속도상한신호는 최고속도에서 구동모터(20)의 실제 회전속도를 차감한 제1 속도편차를 포함하는 신호이다. 속도제어부(44)에 의해 생성된 속도상한신호는 전류제어부(45)로 전송된다.
그리고, 전류제어부(45)는 속도제어부(44)에 의해 생성된 속도상한신호에 따라, 전력변환부(41)가 구동모터(20)에 공급하는 전류량을 감소시키도록 제어함으로써, 구동모터(20)의 회전속도를 최고속도 이하로 감소시킬 수 있다. 이 같은 과정을 통해, 제어부는 구동모터(20)의 회전속도를 속도제어부(44)에 의해 산출된 제1 속도편차에 비례하여 최고속도 이하로 감소시킬 수 있다.
도 9는 구동모터(20)의 가속 제어 과정을 설명하기 위한 순서도이다.
도 9를 참조하면, 속도제어부(44)는 속도센서(33)에 의해 검출된 구동모터(20)의 실제 회전속도가 사전에 설정된 최저속도 미만인 경우, 속도하한신호를 생성한다. 이때, 속도하한신호는 최저속도에서 구동모터(20)의 실제 회전속도를 차감한 제2 속도편차를 포함하는 신호이다. 속도제어부(44)에 의해 생성된 속도하한신호는 전류제어부(45)로 전송된다.
그리고, 전류제어부(45)는 속도제어부(44)에 의해 생성된 속도하한신호에 따라, 전력변환부(41)가 구동모터(20)에 공급하는 전류량을 증가시키도록 제어함으로써, 구동모터(20)의 회전속도를 최저속도 이상으로 증가시킬 수 있다. 이 같은 과정을 통해, 제어부는 구동모터(20)의 회전속도를 속도제어부(44)에 의해 산출된 제2 속도편차에 비례하여 최저속도 이상으로 증가시킬 수 있다.
도 10은 구동모터(20)의 과전류 제어 과정을 설명하기 위한 순서도이다.
도 10을 참조하면, 전류제어부(45)는 전류센서에 의해 검출된 구동모터(20)의 인가전류가 사전에 설정된 상한 전류를 초과하는 경우, 인가전류에서 상한 전류를 차감한 전류 편차를 산출한다. 그 이후, 전류제어부(45)는 상기 전류 편차를 바탕으로, 전력변환부(41)가 구동모터(20)에 공급하는 전류량을 상한 전류 이하로 감소시키도록 피드백 제어할 수 있다.
본 발명에 의한 이앙기 조향핸들의 각도 제어용 BLDC 모터에서는 운전자가 운행 라인을 따라 직진 주행하기 위한 조향핸들을 조작할 필요가 없어, 운전자의 피로도가 경감되는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의한 이앙기 조향핸들의 각도 제어용 BLDC 모터에서는 조향핸들의 조작이 익숙하지 않은 초보자가 이앙기를 운행하는 경우에도, 운행 라인을 정확히 맞출 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의한 이앙기 조향핸들의 각도 제어용 BLDC 모터에서는 구동모터(20)의 코깅 토크를 저감시킬 수 있도록, 상기 BLDC 모터의 회전자의 외주면에 스큐자석이 적용되어, 상기 BLDC 모터의 소음 및 진동을 획기적으로 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
이상과 같이 본 발명은 이앙기 조향핸들의 각도 제어용 BLDC 모터를 제공하고자 하는 것을 주요한 기술적 사상으로 하고 있으며, 도면을 참고하여 상술한 실시예는 단지 하나의 실시예에 불과하고, 본 발명의 진정한 권리 범위는 특허 청구범위를 기준으로 하되, 다양하게 존재할 수 있는 균등한 실시예에도 미친다 할 것이다.
10: BLDC 모터 20: 구동모터
21: 고정자 21a: 슬롯
21b: 코일 22: 스큐자석
23: 회전자 24: 샤프트
24a: 상부샤프트 24b: 중앙샤프트
25: 감지자석 26: 케이스
30: 센서부 31: 위치센서
32: 각도센서 33: 속도센서
34: 전류센서 40: 컨트롤모듈
41: 전력변환부 42: 등록부
43: 회전제어부 44: 속도제어부
45: 전류제어부

Claims (7)

  1. 이앙기의 이동 방향을 전환하기 위한 조향핸들에 적용되는 이앙기 조향핸들의 각도 제어용 BLDC 모터에 있어서,
    상기 이앙기 조향핸들의 각도 제어용 BLDC 모터는
    상기 이앙기의 조향핸들과 전기적으로 연결되어, 상기 이앙기가 사전에 설정된 운행 라인을 벗어나지 않도록, 상기 조향핸들을 회동시키는 구동모터(20);
    상기 이앙기의 절대 위치, 상기 구동모터(20)의 회전속도 및 인가전류를 감지하는 센서부(30); 및
    상기 센서부(30)에 의해 감지된 데이터에 따라, 상기 구동모터(20)를 제어하는 컨트롤모듈(40);을 포함하고,
    상기 운행 라인은
    상기 이앙기의 운행이 시작되는 시작 지점 및 상기 이앙기의 운행이 종료되는 종료 지점을 연결한 가상의 직선이고,
    상기 구동모터(20)는
    내측에 전류가 인가되는 코일이 감긴 슬롯(21a) 9개가 원주 방향으로 구비된 고정자(stator)(21);
    상기 고정자(21)의 내측 중앙에 원주 방향으로 6개가 구비된 스큐자석(22);
    상기 스큐자석(22)의 내측 중앙에 구비된 회전자(rotor)(23);
    상기 회전자(23)의 회전력에 의해 회동하는 샤프트(24);
    상기 샤프트(24)의 하부 중앙에 구비되고, 저면에 N극 및 S극이 형성된 감지자석(25); 및
    상기 고정자(21)의 외측에 구비되어, 상기 고정자(21) 및 회전자(23)를 보호하는 케이스(26);를 포함하고,
    상기 샤프트(24)는
    상부에 상부샤프트(24a)가 형성되고, 상기 상부샤프트(24a)의 하부에 상기 상부샤프트(24a)보다 외경이 큰 중앙샤프트(24b)가 형성되고,
    상기 스큐자석(22)은
    N극 및 S극이 상기 회전자(23)의 원주 방향으로 교대로 배치되고,
    상기 센서부(30)는
    상기 이앙기의 절대 위치를 감지하는 위치센서(31);
    상기 감지자석(25)의 N극의 위치 변화에 따른 자계의 변화를 감지하는 각도센서(32);
    상기 구동모터(20)의 회전속도를 측정하는 속도센서(33); 및
    상기 구동모터(20)의 인가전류를 측정하는 전류센서(34);를 포함하고,
    상기 각도센서(32)는
    상기 자계의 변화에 비례하는 상기 각도센서(32) 회로의 저항을 산출하고, 인가전압에 대해 상기 각도센서(32) 회로의 저항에 비례하는 출력전압을 산출하고,
    상기 인가전압은
    상기 각도센서(32)로 인가되는 전압이고,
    상기 출력전압은
    상기 자계의 변화에 의해 변경된 인가전압인 것을 특징으로 하는 이앙기 조향핸들의 각도 제어용 BLDC 모터.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 고정자(21)는
    내경이 34.95mm 이상 35.00mm 이하이고, 외경이 55.95mm 이상 56.00mm 이하이고,
    상기 회전자(23)는
    내경이 10.01mm 이상 10.03mm 이하이고, 외경이 28.97mm 이상 28.99mm 이하이고,
    상기 상부샤프트(24a)는
    외경이 8mm이고,
    상기 중앙샤프트(24b)는
    외경이 10mm이고,
    상기 케이스(26)는
    직육면체의 형상으로 형성되고, 가로가 59.85mm 이상 60.15mm 이하이고, 세로가 59.85mm 이상 60.15mm 이하이고, 높이가 54.85mm 이상 55.15mm 이하이고,
    상기 스큐자석(22)의 스큐각은
    18~22도로 형성되고,
    상기 스큐각은
    상기 스큐자석(22)의 옆면과 상기 샤프트(24)의 회전축 사이의 각도인 것을 특징으로 하는 이앙기 조향핸들의 각도 제어용 BLDC 모터.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 컨트롤모듈(40)은
    직류 전력을 상기 구동모터(20)에 공급하는 전력변환부(41);
    상기 위치센서(31)에 의해 감지된 상기 이앙기의 절대 위치 데이터에 따라, 상기 시작 지점 및 종료 지점이 등록되는 등록부(42);
    상기 각도센서(32)의 출력전압에 의해 산출된 상기 감지자석(25)의 회전각도를 포함하는 회전신호를 생성하는 회전제어부(43); 및
    상기 회전제어부(43)에 의해 생성된 상기 회전신호에 따라, 상기 전력변환부(41)가 상기 구동모터(20)에 공급하는 전류량을 가변시킬 수 있도록 제어함으로써, 상기 구동모터(20)의 회전각도를 조절하는 전류제어부(45);를 포함하는 것을 특징으로 하는 이앙기 조향핸들의 각도 제어용 BLDC 모터.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 회전제어부(43)는
    상기 각도센서(32)의 출력전압에 반비례하는 상대간격을 바탕으로, 위치좌표 (x, y)를 산출하고, 수식 θ=tan-1(y/x)를 이용하여, 산출된 상기 감지자석(25)의 회전각도 θ를 포함하는 회전신호를 생성하고,
    상기 상대간격은
    상기 각도센서(32)의 기준점 및 상기 감지자석(25)의 N극 간의 거리이고,
    상기 각도센서(32)의 기준점은
    상기 각도센서(32)에 편향되게 설정된 기준 좌표이고,
    상기 위치좌표는
    상기 감지자석(25) N극의 평면 좌표인 것을 특징으로 하는 이앙기 조향핸들의 각도 제어용 BLDC 모터.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 컨트롤모듈(40)은
    상기 속도센서(33)에 의해 검출된 상기 구동모터(20)의 실제 회전속도가 사전에 설정된 최고속도를 초과하는 경우, 속도상한신호를 생성하는 속도제어부(44);를 더 포함하고,
    상기 속도상한신호는
    상기 최고속도에서 상기 구동모터(20)의 실제 회전속도를 차감한 제1 속도편차를 포함하는 신호이고,
    상기 전류제어부(45)는
    상기 속도제어부(44)에 의해 생성된 상기 속도상한신호에 따라, 상기 전력변환부(41)가 상기 구동모터(20)에 공급하는 전류량을 감소시키도록 제어함으로써, 상기 구동모터(20)의 회전속도를 상기 최고속도 이하로 감소시키는 것을 특징으로 하는 이앙기 조향핸들의 각도 제어용 BLDC 모터.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 속도제어부(44)는
    상기 속도센서(33)에 의해 검출된 상기 구동모터(20)의 실제 회전속도가 사전에 설정된 최저속도 미만인 경우, 속도하한신호를 생성하고,
    상기 속도하한신호는
    상기 최저속도에서 상기 구동모터(20)의 실제 회전속도를 차감한 제2 속도편차를 포함하는 신호이고,
    상기 전류제어부(45)는
    상기 속도제어부(44)에 의해 생성된 상기 속도하한신호에 따라, 상기 전력변환부(41)가 상기 구동모터(20)에 공급하는 전류량을 증가시키도록 제어함으로써, 상기 구동모터(20)의 회전속도를 상기 최저속도 이상으로 증가시키는 것을 특징으로 하는 이앙기 조향핸들의 각도 제어용 BLDC 모터.
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