KR102621855B1 - Apparatus for detecting motor fault - Google Patents
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Abstract
본 명세서는 모터 고장 검출 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 한 쌍의 측정 대상 치 각각의 양단의 전압을 검출하여 역기전력을 측정하되, 상기 측정 대상 치에서 인접한 치로 넘어가는 부분에서 전압을 검출하여 역기전력을 측정 및 고장을 검출하는 모터 고장 검출 장치에 관한 것이다.This specification relates to a motor failure detection device. More specifically, the back electromotive force is measured by detecting the voltage at both ends of a pair of measurement target teeth. It relates to a motor failure detection device that measures and detects failure.
Description
본 명세서는 모터 고장 검출 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 모터의 각 상을 구성하는 치에 유도되는 역기전력을 측정하여 고장을 검출하는 모터 고장 검출 장치에 관한 것이다.This specification relates to a motor failure detection device, and more specifically, to a motor failure detection device that detects a failure by measuring the back electromotive force induced in the teeth constituting each phase of the motor.
본 발명의 배경이 되는 기술은 모터의 고장을 검출하는 기술로, 구체적으로는 모터의 치에 유도되는 역기전력을 측정하여 모터의 고장을 검출하는 기술에 관한 것이다.The technology behind the present invention is a technology for detecting a motor failure, and specifically relates to a technology for detecting a motor failure by measuring the back electromotive force induced in the teeth of the motor.
도 1은 일반적인 회전 대칭 구조의 모터인 12극(poles) 9슬롯(slots) PM 모터를 나타낸 도면이다.Figure 1 is a diagram showing a 12-pole, 9-slot PM motor, which is a general rotationally symmetrical motor.
도 1을 참조하면, 회전자 허브(110)와 영구자석(120)이 회전하게 되면 고정자 코어(130)와의 상호 작용에 의해 공극 자속 밀도가 결정되고 권선(140)에 역기전력이 유도된다. 참고로, 공극이란 상기 영구자석(120)과 상기 고정자 코어(130) 사이의 간격을 의미한다.Referring to FIG. 1, when the
도 2는 일반적으로 사용되는 3상 Y-권선을 나타낸 도면이다.Figure 2 is a diagram showing a commonly used three-phase Y-winding.
도 2에 도시된 바와 같이, 일반적인 집중권 모터에서는 u, v, w상이 순서대로 각각 존재하게 되며, 각 상(u, v, w)을 구성하는 권선(10)은 주로 직렬로 연결된다. 따라서, 각 상에 유도되는 역기전력은 각 상을 구성하는 치의 권선(10)에 유도되는 역기전력의 합으로 나타나게 된다.As shown in Figure 2, in a typical centralized winding motor, the u, v, and w phases exist in that order, and the
모터의 베어링에 고장이 발생하게 되면, 회전하는 모터의 진동이 발생하기 때문에 공극 자속 밀도의 변동이 나타나게 된다. 이때, 각 치에 유도되는 역기전력의 파형에 변동이 발생된다. 하지만, 회전 대칭 구조의 모터에서는 공극 자속 밀도의 변동을 감지할 수 없게 된다.When a failure occurs in the bearing of a motor, vibration of the rotating motor occurs, causing fluctuations in air gap magnetic flux density. At this time, a change occurs in the waveform of the back electromotive force induced in each tooth. However, in a motor with a rotationally symmetrical structure, changes in air gap magnetic flux density cannot be detected.
종래의 모터 고장 검출 방법으로, "대한민국 등록특허 10-152119B1"는 모터의 각 상을 구성하는 치들 중 적어도 하나의 치에 유도되는 역기전력을 측정하거나 모터의 각 상 중 어느 하나의 상을 구성하는 치들 각각에 유도되는 역기전력을 측정하는 역기전력 측정하여 모터의 고장을 검출하는 방법을 제안하였다. 구체적으로, 측정된 역기전력은 주파수 분석을 통하여 기본 주파수 외 ±1 성분의 크기를 판단하여 모터의 동적 편심을 검출하는 방법에 대해 제안하였으며, 기본 주파수의 크기를 판단하여 모터의 정적 편심을 검출하는 방법에 대해 제안하였다. 이와 같은 제안 방법을 사용하려면 모터에 추가 권선을 설치해야 했는데, 이는 종래 기술의 구조적 한계를 시사하였다.As a conventional motor failure detection method, "Republic of Korea Patent 10-152119B1" measures the back electromotive force induced in at least one of the teeth constituting each phase of the motor or the teeth constituting one of each phase of the motor. We proposed a method to detect motor failure by measuring back electromotive force, which measures the back electromotive force induced in each. Specifically, we proposed a method of detecting the dynamic eccentricity of the motor by determining the magnitude of the ±1 component other than the fundamental frequency through frequency analysis of the measured back electromotive force, and a method of detecting the static eccentricity of the motor by determining the magnitude of the fundamental frequency. suggested. This proposed method required installing additional windings in the motor, which indicated a structural limitation of the prior art.
일반적으로 사용되는 모터에는 추가 권선을 설치할 공간이 협소하여 추가 권선을 설치하기 어렵다. 치에 유도되는 역기전력은 권선의 턴 수에 비례하여 증가하는 경향성이 있는데 권선의 턴 수가 작은 경우 발생되는 역기전력의 크기 또한 작게 검출된다. 따라서 적은 수의 권선을 사용하여 역기전력을 검출하는 경우 모터의 고장을 감지하는데 충분하지 않을 수도 있다.It is difficult to install additional windings in commonly used motors because the space for installing additional windings is limited. The back electromotive force induced in the coil tends to increase in proportion to the number of turns of the winding, and when the number of turns of the winding is small, the magnitude of the back electromotive force generated is also detected as small. Therefore, detecting back electromotive force using a small number of windings may not be sufficient to detect motor failure.
결과적으로 종래의 기술은, 모터의 내부 구조적 한계로 인해 고장 검출을 위한 구성이 제한적으로 구비될 수 밖에 없는 한계가 있다. 또한, 이러한 구조적 제한의 한계로 인해 고장 검출이 가능한 정도의 역기전력 측정이 쉽게 이루어질 수 없어, 역기전력의 측정 및 고장 검출이 용이하게 이루어질 수 없게 되는 한계가 있음은 물론, 이러한 한계들로 인해 모터의 고장 검출을 위한 구성, 설계 자체도 어렵게 이루어질 수 밖에 없는 문제들이 있었다.As a result, the conventional technology has a limitation in that it is inevitably equipped with a limited configuration for fault detection due to the internal structural limitations of the motor. In addition, due to these structural limitations, it is not possible to easily measure back electromotive force to a level where fault detection is possible, so there is a limitation that measurement of back electromotive force and fault detection cannot be easily performed. These limitations also result in motor failure. There were problems that made it difficult to configure and design the detection itself.
따라서, 본 명세서는 종래기술의 한계를 해결하는 것을 과제로 하여, 모터의 각 상을 구성하는 치에 유도되는 역기전력을 추가 권선 없이 기존의 권선을 활용하여 측정할 수 있는 모터 고장 검출 장치를 제공하고자 한다.Therefore, this specification aims to solve the limitations of the prior art, and aims to provide a motor failure detection device that can measure the back electromotive force induced in the teeth constituting each phase of the motor using existing windings without additional windings. do.
또한, 본 명세서는 추가 권선 없이 치의 전압을 역기전력 측정이 가능한 크기로 검출하여 역기전력을 측정할 수 있는 모터 고장 검출 장치를 제공하고자 한다.In addition, this specification seeks to provide a motor failure detection device that can measure back electromotive force by detecting the voltage of the tooth at a level that allows measurement of back electromotive force without additional winding.
상술한 바와 같은 과제를 해결하기 위한 본 명세서에 개시된 모터 고장 검출 장치는, 모터의 각 상을 구성하는 치 중 적어도 한 쌍의 치의 역기전력을 추가 권선 없이 치의 양단에서 전압을 검출하여 측정하는 것을 해결 수단으로 한다.The motor failure detection device disclosed in this specification for solving the problems described above is a means of detecting and measuring the back electromotive force of at least one pair of teeth among the teeth constituting each phase of the motor by detecting the voltage at both ends of the teeth without additional winding. Do it as
즉, 종래에 측정 대상 치에 추가 권선을 연결하여, 추가 권선을 통해 전압을 검출하는 기술과는 달리, 측정 대상 치에서 인접한 치로 넘어가는 부분에서 측정 대상 치 양단의 전압을 검출하여, 측정 대상 치에 유도되는 역기전력을 측정하는 것을 특징으로 한다.In other words, unlike the conventional technology of connecting an additional winding to the measurement target and detecting the voltage through the additional winding, the voltage across both ends of the measurement target is detected at the point where it passes from the measurement target to the adjacent value. It is characterized by measuring the back electromotive force induced in.
또는, 측정 대상 치와 인접한 치 사이에서 측정 대상 치 양단의 전압을 검출하여, 측정 대상 치에 유도되는 역기전력을 측정하는 것을 특징으로 한다.Alternatively, the method is characterized in that the voltage across both ends of the measurement target tooth is detected between the measurement target tooth and an adjacent tooth, and the back electromotive force induced in the measurement target tooth is measured.
상술한 바와 같은 기술적 사상을 특징으로 하는 본 명세서에 개시된 모터 고장 검출 장치는, 모터의 각 상을 구성하는 복수의 치 중 적어도 한 쌍의 치에 유도되는 역기전력을 측정하는 역기전력 측정부, 상기 측정된 역기전력을 비교 분석하는 비교 분석부 및 상기 비교 분석 결과를 근거로 상기 모터의 고장을 검출하는 고장 검출부를 포함하고, 상기 역기전력 측정부는, 한 쌍의 측정 대상 치 각각의 양단의 전압을 검출하여 역기전력을 측정하되, 상기 측정 대상 치에서 인접한 치로 넘어가는 부분에서 전압을 검출한다.The motor failure detection device disclosed in the present specification, which features the technical idea as described above, includes a back electromotive force measuring unit that measures the back electromotive force induced in at least one pair of teeth among the plurality of teeth constituting each phase of the motor, and the measured It includes a comparative analysis unit that compares and analyzes back electromotive force and a failure detection unit that detects a failure of the motor based on the results of the comparative analysis, wherein the back electromotive force measurement unit detects the voltage at both ends of each pair of measurement target values to determine the counter electromotive force. When measuring, the voltage is detected at the point where the measurement target value passes to an adjacent value.
일 실시 예에서, 상기 역기전력 측정부는, 상기 측정 대상 치와 상기 인접한 치 양 사이에서 상기 측정 대상 치의 양단의 전압을 검출하는 전압 검출부를 포함할 수 있다.In one embodiment, the back electromotive force measurement unit may include a voltage detection unit that detects a voltage at both ends of the measurement target tooth between the measurement target tooth and the adjacent tooth.
일 실시 예에서, 상기 전압 검출부는, 상기 측정 대상 치와 상기 인접한 치 양 사이에서 상기 측정 대상 치의 권선과 연결되어, 상기 측정 대상 치의 양단에서 직접 전압을 검출할 수 있다.In one embodiment, the voltage detector may be connected to a winding of the measurement target between the measurement target and the adjacent tooth to directly detect the voltage at both ends of the measurement target.
일 실시 예에서, 상기 역기전력 측정부는, 상기 모터의 각 상 중에서 동일 상을 구성하는 한 쌍의 치 각각에 유도되는 역기전력을 측정할 수 있다.In one embodiment, the back electromotive force measuring unit may measure the back electromotive force induced in each of a pair of teeth constituting the same phase among each phase of the motor.
일 실시 예에서, 상기 역기전력 측정부는, 서로 마주보는 위치에 배치되는 한 쌍의 치 각각에 유도되는 역기전력을 측정할 수 있다.In one embodiment, the back electromotive force measuring unit may measure the back electromotive force induced in each of a pair of teeth disposed in positions facing each other.
일 실시 예에서, 상기 비교 분석부는, 상기 측정 대상 치 각각의 양단의 전압 파형을 비교 분석할 수 있다.In one embodiment, the comparative analysis unit may compare and analyze voltage waveforms at both ends of each of the measurement target values.
일 실시 예에서, 상기 비교 분석부는, 상기 측정 대상 치 각각의 양단의 전압 간의 차를 산출하여, 산출된 결과를 근거로 상기 측정된 역기전력을 비교 분석할 수 있다.In one embodiment, the comparison and analysis unit may calculate a difference between voltages at both ends of each of the measurement target values, and compare and analyze the measured back electromotive force based on the calculated result.
일 실시 예에서, 상기 비교 분석부는, 상기 측정 대상 치 각각의 양단의 전압의 기본파 성분이 서로 상쇄되도록, 상기 측정 대상 치 각각의 양단의 전압 간의 차를 산출할 수 있다.In one embodiment, the comparative analysis unit may calculate a difference between the voltages at both ends of each of the measurement target values so that fundamental wave components of the voltages at both ends of each measurement target value cancel each other out.
일 실시 예에서, 상기 산출된 결과는, 상기 측정 대상 치 각각의 양단의 전압의 기본파 성분은 서로 상쇄되고, 상기 기본파 성분을 제외한 어느 한 성분은 서로 더해져 증가될 수 있다.In one embodiment, the calculated result may be such that the fundamental wave components of the voltage at both ends of each of the measurement target values cancel each other out, and any component other than the fundamental wave component may be added and increased.
본 명세서에 개시된 모터 고장 검출 장치는, 모터의 각 상을 구성하는 치 중 적어도 한 쌍의 치의 역기전력을 추가 권선 없이 치의 양단에서 전압을 검출하여 측정함으로써, 역기전력 측정을 위한 별도의 구성 없이 모터의 고장을 검출할 수 있게 되는 효과가 있다.The motor failure detection device disclosed in this specification detects and measures the back electromotive force of at least one pair of teeth among the teeth constituting each phase of the motor by detecting the voltage at both ends of the teeth without additional winding, thereby causing the failure of the motor without a separate configuration for measuring the back electromotive force. This has the effect of being able to detect.
이로 인해 본 명세서에 개시된 모터 고장 검출 장치는, 모터 내부의 구조적 한계, 제한적 설계의 문제 등을 개선할 수 있음은 물론, 고장 검출을 위한 설계 자체가 간단하게 이루어질 수 있고, 이에 따른 비용이 절감될 수 있는 효과가 있다.As a result, the motor failure detection device disclosed in this specification can not only improve structural limitations and limited design problems inside the motor, but also simplify the design for failure detection, thereby reducing costs. There is a possible effect.
아울러, 본 명세서에 개시된 모터 고장 검출 장치는, 추가 권선 없이 한 쌍의 치의 양단에서 전압을 검출하고, 두 전압 간의 차를 산출하여 역기전력을 측정함으로써, 추가 권선 없이 측정 가능한 크기의 역기전력을 측정하게 될 수 있고, 이에 따라 역기전력 측정 및 모터의 고장 검출 자체가 간단하게 이루어질 수 있게 되는 효과도 있다.In addition, the motor failure detection device disclosed in this specification detects the voltage at both ends of a pair of teeth without an additional winding, calculates the difference between the two voltages, and measures the back electromotive force, thereby measuring the back electromotive force of a measurable size without an additional winding. This has the effect of making it possible to simply measure back electromotive force and detect motor failure.
도 1은 일반적인 회전 대칭 구조의 PM 모터의 구조를 나타낸 구조도.
도 2는 일반적인 회전 대칭 구조의 PM 모터에 사용되는 3상 Y- 권선 구조를 나타낸 구조도.
도 3은 본 명세서에 개시된 모터 고장 검출 장치의 구성을 나타낸 구성도.
도 4는 본 명세서에 개시된 모터 고장 검출 장치가 적용되는 모터의 구조를 나타낸 구조도.
도 5는 본 명세서에 개시된 모터 고장 검출 장치의 실시 예에 따른 역기전력 측정 예시를 나타낸 예시도.
도 6은 도 5에 도시된 바와 같은 측정 예시에 따른 전압 파형의 예시를 나타낸 예시도.
도 7은 도 5에 도시된 바와 같은 측정 예시에 따른 측정 결과의 파형 예시를 나타낸 예시도.
도 8은 모터 고장에 의해 고정자 편심이 발생한 경우의 모터를 나타낸 예시도.
도 9는 모터 고장에 의해 회전자 편심이 발생하는 경우의 모터를 나타낸 예시도.1 is a structural diagram showing the structure of a general rotationally symmetrical PM motor.
Figure 2 is a structural diagram showing a three-phase Y-winding structure used in a general rotationally symmetrical PM motor.
Figure 3 is a configuration diagram showing the configuration of the motor failure detection device disclosed in this specification.
Figure 4 is a structural diagram showing the structure of a motor to which the motor failure detection device disclosed in this specification is applied.
Figure 5 is an exemplary diagram showing an example of back electromotive force measurement according to an embodiment of the motor failure detection device disclosed in this specification.
FIG. 6 is an exemplary diagram showing an example of a voltage waveform according to an example measurement as shown in FIG. 5.
FIG. 7 is an exemplary diagram showing an example waveform of a measurement result according to an example measurement as shown in FIG. 5.
Figure 8 is an example diagram showing a motor when stator eccentricity occurs due to motor failure.
Figure 9 is an example diagram showing a motor when rotor eccentricity occurs due to motor failure.
본 명세서에 개시된 모터 고장 검출 장치는, PM 모터의 고장을 검출하는 장치 적용되어 실시될 수 있으며, 특히 모터의 각 상을 구성하는 치에 유도되는 역기전력을 측정하여, 모터의 고정자/회전자 편심 등을 판단하여 고장을 검출하는 장치에 유용하게 적용되어 실시될 수 있다.The motor failure detection device disclosed in this specification can be applied and implemented as a device for detecting a failure of a PM motor, and in particular, measures the back electromotive force induced in the teeth constituting each phase of the motor to measure the stator/rotor eccentricity of the motor, etc. It can be usefully applied to and implemented in devices that detect failures by judging.
본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 명세서에 개시된 기술의 사상을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 본 명세서에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 명세서에 개시된 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적인 용어가 본 명세서에 개시된 기술의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는, 당업자가 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 할 것이다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 일반적인 용어는 사전에 정의되어 있는 바에 따라, 또는 전후 문맥상에 따라 해석되어야 하며, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.It should be noted that the technical terms used in this specification are only used to describe specific embodiments and are not intended to limit the spirit of the technology disclosed in this specification. In addition, the technical terms used in this specification, unless specifically defined in a different way in this specification, should be interpreted as meanings generally understood by those skilled in the art in the field to which the technology disclosed in this specification belongs. It should not be interpreted in a very comprehensive sense or in an excessively reduced sense. Additionally, if the technical terms used in this specification are incorrect technical terms that do not accurately express the idea of the technology disclosed in this specification, they should be replaced with technical terms that can be correctly understood by those skilled in the art. Additionally, general terms used in this specification should be interpreted as defined in the dictionary or according to the context, and should not be interpreted in an excessively reduced sense.
또한, 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.Additionally, as used herein, singular expressions include plural expressions, unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, terms such as “consists of” or “comprises” should not be construed as necessarily including all of the various components or steps described in the specification, and some of the components or steps may include It may not be included, or it should be interpreted as including additional components or steps.
또한, 본 명세서에 개시된 기술을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 기술의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 기술의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 그 기술의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.Additionally, when describing the technology disclosed in this specification, if it is determined that a detailed description of a related known technology may obscure the gist of the technology disclosed in this specification, the detailed description will be omitted. In addition, it should be noted that the attached drawings are only intended to facilitate easy understanding of the spirit of the technology disclosed in this specification, and should not be construed as limiting the spirit of the technology by the attached drawings.
이하, 도 3 내지 도 9를 참조하여 본 명세서에 개시된 모터 고장 검출 장치의 실시 예를 설명한다.Hereinafter, an embodiment of the motor failure detection device disclosed in this specification will be described with reference to FIGS. 3 to 9.
도 3은 본 명세서에 개시된 모터 고장 검출 장치의 구성을 나타낸 구성도이다.Figure 3 is a configuration diagram showing the configuration of the motor failure detection device disclosed in this specification.
도 4는 본 명세서에 개시된 모터 고장 검출 장치가 적용되는 모터의 구조를 나타낸 구조도이다.Figure 4 is a structural diagram showing the structure of a motor to which the motor failure detection device disclosed in this specification is applied.
도 5는 본 명세서에 개시된 모터 고장 검출 장치의 실시 예에 따른 역기전력 측정 예시를 나타낸 예시도이다.Figure 5 is an exemplary diagram showing an example of back electromotive force measurement according to an embodiment of the motor failure detection device disclosed in this specification.
도 6은 도 5에 도시된 바와 같은 측정 예시에 따른 전압 파형의 예시를 나타낸 예시도이다.FIG. 6 is an exemplary diagram showing an example of a voltage waveform according to an example measurement as shown in FIG. 5.
도 7은 도 5에 도시된 바와 같은 측정 예시에 따른 측정 결과의 파형 예시를 나타낸 예시도이다.FIG. 7 is an exemplary diagram showing an example waveform of a measurement result according to the measurement example shown in FIG. 5.
도 8은 모터 고장에 의해 고정자 편심이 발생한 경우의 모터를 나타낸 예시도이다.Figure 8 is an example diagram showing a motor when stator eccentricity occurs due to motor failure.
도 9는 모터 고장에 의해 회전자 편심이 발생하는 경우의 모터를 나타낸 예시도이다.Figure 9 is an example diagram showing a motor when rotor eccentricity occurs due to motor failure.
본 명세서에 개시된 모터 고장 검출 장치(이하, 검출 장치라 칭한다)는, PM(Permanent Magnet) 모터의 고장을 검출하는 장치일 수 있다.The motor failure detection device (hereinafter referred to as a detection device) disclosed in this specification may be a device that detects a failure of a PM (Permanent Magnet) motor.
상기 검출 장치는, 모듈 형태로 이루어질 수 있다.The detection device may be implemented in a module form.
상기 검출 장치는, 상기 모터에 내장되거나, 상기 모터를 제어하는 제어 장치에 내장되어, 상기 모터의 고장을 검출할 수 있다.The detection device may be built into the motor or a control device that controls the motor, and may detect a failure of the motor.
상기 검출 장치(200)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 역기전력 측정부(210), 비교 분석부(220) 및 고장 검출부(230)를 포함한다.As shown in FIG. 3, the
상기 검출 장치(200)는, 상기 역기전력 측정부(210), 상기 비교 분석부(220) 및 상기 고장 검출부(230)를 포함하여, 모터의 각 상을 구성하는 치에 유도되는 역기전력을 측정하여 고장을 검출한다.The
상기 검출 장치(200)는, 기하학적으로 짝수 배의 회전 대칭 구조로 이루어진 모터의 고장을 검출할 수 있다.The
상기 검출 장치(200)는, 도 4에 도시된 바와 같은 구조로 이루어진 모터의 치에 유도되는 역기전력을 측정하여 고장을 검출할 수 있다.The
도 4에 도시된 바와 같은 모터는 8극 12슬롯(치) 구조의 모터를 나타내며, 숫자 1 내지 12는 상기 모터의 각 상을 구성하는 치 각각을 나타낸다.The motor shown in FIG. 4 represents a motor with an 8-pole, 12-slot (teeth) structure, and the
상기 검출 장치(200)는 바람직하게는 도 4에 도시된 바와 같이 8극 12슬롯(치) 구조로 이루어진 모터에 적용될 수 있다.The
이하에서는 도 4에 도시된 바와 같은 구조로 이루어진 모터의 예시를 중점으로 상기 검출 장치(200)의 실시 예를 설명한다.Hereinafter, an embodiment of the
상기 역기전력 측정부(210)는, 상기 모터의 각 상을 구성하는 복수의 치 중 적어도 한 쌍의 치에 유도되는 역기전력을 측정한다.The back electromotive
즉, 상기 역기전력 측정부(210)는, 적어도 두 개의 치에 유도되는 역기전력을 측정하게 될 수 있다.That is, the back electromotive
예컨데, 3상 모터이고 그 모터의 각 상(u, v, w)을 구성하는 치가 4개씩인 경우, 상기 역기전력 측정부(210)는 u상을 구성하는 4개의 치 중 어느 한 쌍(2개), 또는 v상을 구성하는 4개의 치 중 어느 한 쌍(2개), 또는 w상을 구성하는 4개의 치 중 어느 한 쌍(2개)의 치에 유도되는 역기전력을 측정할 수 있다.For example, if it is a three-phase motor and there are four values constituting each phase (u, v, w) of the motor, the back electromotive
상기 비교 분석부(220)는, 상기 측정된 역기전력을 비교 분석한다.The comparison and
상기 비교 분석부(220)는, 상기 역기전력 측정부(210)에서 측정한 측정 대상 치 각각의 역기전력의 파형 및 크기를 비교 분석할 수 있다.The comparison and
상기 고장 검출부(230)는, 상기 비교 분석 결과를 근거로 상기 모터의 고장을 검출한다.The
상기 고장 검출부(230)는, 상기 비교 분석부(220)에서 비교 분석한 역기전력의 비교 분석 결과를 근거로 상기 모터의 고장을 검출할 수 있다.The
상기 검출 장치(200)는, 상기 역기전력 측정부(210), 상기 비교 분석부(220) 및 상기 고장 검출부(230)를 포함하되, 상기 역기전력 측정부(210)는, 한 쌍의 측정 대상 치 각각의 양단의 전압을 검출하여 역기전력을 측정하되, 상기 측정 대상 치에서 인접한 치로 넘어가는 부분에서 전압을 검출한다.The
즉, 상기 역기전력 측정부(210)는, 상기 측정 대상 치 양단과 인접한 치 사이에서 상기 측정 대상 치 양단의 전압을 검출하게 될 수 있다.That is, the back electromotive
상기 역기전력 측정부(210)는, 상기 측정 대상 치와 상기 인접한 치 양 사이에서 상기 측정 대상 치의 양단의 전압을 검출하는 전압 검출부(211)를 포함할 수 있다.The back electromotive
상기 전압 검출부(211)는, 상기 측정 대상 치와 상기 인접한 치 양 사이에서 상기 측정 대상 치의 권선과 연결되어, 상기 측정 대상 치의 양단에서 직접 전압을 검출할 수 있다.The
즉, 상기 역기전력 측정부(210)는, 상기 측정 대상 치의 권선과 연결된 상기 전압 검출부(211)를 통해, 상기 측정 대상 치와 상기 인접한 치 양 사이에서 상기 측정 대상 치 양단의 전압을 직접 검출하게 될 수 있다.That is, the back electromotive
상기 전압 검출부(211)는, 상기 측정 대상 치와 상기 인접한 치 양 사이에서 상기 측정 대상 치의 권선과 연결된 전압 센서를 포함할 수 있다.The
상기 전압 검출부(211)는, 상기 측정 대상 치와 상기 인접한 치 양 사이에서 상기 측정 대상 치의 권선의 전압을 스코프(Scope)하는 구성으로 이루어질 수 있다.The
이 경우, 상기 전압 검출부(211)는, 상기 측정 대상 치와 상기 인전합 치 양 사이의 권선 각각에 물려, 상기 측정 대상 치 양 단에서 전압을 스코프하는 프로브(Probe)를 의미할 수 있고, 상기 전압 검출부(211)에서 스코프된 결과는 상기 역기전력 측정부(210)에 전달되어 상기 역기전력 측정부(210)가 상기 스코프된 결과를 근거로 전압을 검출하게 될 수 있다.In this case, the
즉, 상기 전압 검출부(211)는, 상기 측정 대상 치의 권선의 전압을 센싱하는 전압 센서를 포함하거나, 또는 스코프하는 구성으로 이루어질 수 있고, 상기 역기전력 측정부(210)는, 상기 측정 대상 치 상에서 상기 측정 대상 치의 전압을 검출할 수 있는 구성으로 이루어진 상기 전압 검출부(211)를 통해, 상기 측정 대상 치 양단의 전압을 직접 검출하게 될 수 있다.That is, the
상기 전압 검출부(211)는, 바람직하게는 상기 측정 대상 치와 상기 인전합 치 양 사이의 권선 각각에 물려, 상기 측정 대상 치 양 단에서 전압을 스코프하는 프로브(Probe)일 수 있다.The
상기 역기전력 측정부(210)가 상기 측정 대상 치 양단의 전압을 검출하는 예시는, 도 5에 도시된 바와 같을 수 있다.An example of how the back electromotive
도 5에 도시된 바와 같이, 1번치(TOOTH 1) 및 7번치(TOOTH 7)가 상기 측정 대상 치에 해당하는 경우, 상기 전압 검출부(211)가 상기 1번치(TOOTH 1)의 일단의 권선과, 상기 1번치(TOOTH 1) 및 상기 1번치(TOOTH 1)와 인접한 4번치(TOOTH 4) 사이의 권선과 연결되어 상기 1번치(TOOTH 1) 양단의 전압(V1)을 검출하게 되고, 상기 7번치(TOOTH 7)와 인접한 10번치(TOOTH 10) 사이의 권선과, 상기 7번치(TOOTH 7)와 인접한 상기 4번치(TOOTH 4) 사이의 권선과 연결되어 상기 7번치(TOOTH 7) 양단의 전압(V7)을 검출하게 될 수 있다.As shown in FIG. 5, when the 1st value (TOOTH 1) and the 7th value (TOOTH 7) correspond to the measurement target values, the
상기 역기전력 측정부(210)는 또한, 상기 모터의 각 상 중에서 동일 상을 구성하는 한 쌍의 치 각각에 유도되는 역기전력을 측정할 수 있다.The back electromotive
예컨데, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 모터의 3상 중 u상을 구성하는 2개의 치, 또는 v상을 구성하는 2개의 치, 또는 w상을 구성하는 2개의 치 각각에 유도되는 역기전력을 측정할 수 있다.For example, as shown in FIG. 5, the back electromotive force induced in each of the two teeth constituting the u phase, the two teeth constituting the v phase, or the two teeth constituting the w phase among the three phases of the motor is It can be measured.
상기 역기전력 측정부(210)는, 상기 모터의 각 상 중에서 동일 상을 구성하는 한 쌍의 치 각각에 유도되는 역기전력을 측정하되, 적어도 한 상 이상에서 역기전력을 측정할 수 있다.The back electromotive
상기 역기전력 측정부(210)는 또한, 서로 마주보는 위치에 배치되는 한 쌍의 치 각각에 유도되는 역기전력을 측정할 수 있다.The back electromotive
예를 들면, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 모터의 치들이 1번치-7번치, 2번치-8번치, 3번치-9번치, 4번치-10번치, 5번치-11번치 및 6번치-12번치로 서로 마주보는 위치에 배치된 경우, 상기 열거된 쌍들 중 어느 한 쌍의 치 각각에 유도되는 역기전력을 측정하게 될 수 있고, 이에 따른 일 예시로, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 1번치와 상기 7번치 양단의 전압을 검출하게 될 수 있다.For example, as shown in Figure 4, the dimensions of the motor are 1st - 7th, 2nd - 8th, 3rd - 9th, 4th - 10th, 5th - 11th, and 6th - When the 12th tooth is placed in a position facing each other, the back electromotive force induced in each tooth of any one of the pairs listed above can be measured. As an example of this, as shown in FIG. 5, the 1 The voltage across the bunch and the 7th bunch can be detected.
상기 역기전력 측정부(210)에서 측정된 상기 측정 대상 치(1번치-7번치) 각각의 양단의 전압 검출 결과는, 도 4에 도시된 바와 같은 모터의 기하학적 구조로 인해, 기본파 성분은 크기와 위상이 같고, 3, 5번째 고조파 성분은 크기는 같지만 위상이 다를 수 있다.The voltage detection results at both ends of each of the measurement target teeth (No. 1 to No. 7) measured by the back electromotive
보다 구체적으로, 8극 12슬롯 모터와 같이 짝수 배에 해당하는 회전 대칭 구조를 갖는 모터의 경우, 같은 상을 구성하는 치가 서로 마주보게 되는데, 모터의 회전자 편심 또는 고정자 편심이 존재하게 되면, 상기 회전자 편심으로 인해 서로 마주보는 두 치에 유도되는 역기전력의 기본 주파수 성분은 크기와 위상이 동일하게 발생되지만, 기본 주파수의 ±1 성분은 크기는 같고 위상은 서로 반대로 발생될 수 있다.More specifically, in the case of a motor with a rotational symmetry structure corresponding to an even multiple, such as an 8-pole 12-slot motor, the teeth constituting the same phase face each other. If the rotor eccentricity or stator eccentricity of the motor exists, the above Due to rotor eccentricity, the fundamental frequency component of the back electromotive force induced in the two teeth facing each other is generated with the same magnitude and phase, but the ±1 component of the fundamental frequency can be generated with the same magnitude and opposite phase.
즉, 상기 측정 대상 치 각각에 유도되는 역기전력을 측정한 결과, 기본 주파수 성분은 크기와 위상이 동일하지만 기본 주파수의 ±1 성분은 크기는 같고 위상은 서로 반대인 경우, 상기 모터에 회전자 편심 또는 고정자 편심이 존재하여 상기 모터에 고장이 발생한 것으로 판단하게 될 수 있다.In other words, as a result of measuring the back electromotive force induced in each of the measurement target values, if the fundamental frequency component has the same magnitude and phase, but the ±1 component of the fundamental frequency has the same magnitude and the phase is opposite to each other, the rotor eccentricity or It may be determined that a failure has occurred in the motor due to the presence of stator eccentricity.
상기 역기전력 측정부(210)에서 측정된 상기 측정 대상 치(1번치-7번치) 각각의 양단의 전압 검출 결과는, 도 6에 도시된 바와 같을 수 있다.The voltage detection results at both ends of each of the measurement target values (No. 1 to No. 7) measured by the back electromotive
도 6에 도시된 바와 같이, 상기 1번치와 상기 7번치 각각의 양단에서 검출된 전압은, 기본파 성분의 크기와 위상이 같고, 3, 5번째 고조파 성분은 크기는 같지만 위상이 다른 형태로 나타내어질 수 있다.As shown in FIG. 6, the voltage detected at both ends of each of the 1st and 7th values has the same size and phase as the fundamental wave component, and the 3rd and 5th harmonic components have the same size but different phases. It can happen.
상기 역기전력 측정부(210)에서 측정된 상기 측정 대상 치 각각의 양단의 전압 검출 결과는, 상기 비교 분석부(220)로 전달되어 비교 분석될 수 있다.The voltage detection results at both ends of each of the measurement target values measured by the back electromotive
상기 비교 분석부(220)는, 상기 측정 대상 치 각각의 양단의 전압 파형을 비교 분석할 수 있다.The comparison and
상기 비교 분석부(220)는, 상기 측정 대상 치 각각의 양단의 전압 파형을 비교 분석하여, 상기 측정 대상 치 각각에 유도되는 역기전력의 기본파 및 기본파 외의 고조파 성분의 크기 및 위상을 비교 분석할 수 있다.The comparison and
상기 비교 분석부(220)는, 상기 측정 대상 치 각각의 양단의 전압 간의 차를 산출하여, 산출된 결과를 근거로 상기 측정된 역기전력을 비교 분석할 수 있다.The comparison and
이를 테면, 상기 1번치의 전압(V1)와 상기 7번치의 전압(V7) 간의 차(V1 - V7)를 산출하여, 산출된 결과를 근거로 상기 측정된 역기전력을 비교 분석할 수 있다.For example, the difference (V1 - V7) between the 1st value voltage (V1) and the 7th value voltage (V7) can be calculated, and the measured back electromotive force can be compared and analyzed based on the calculated result.
상기 비교 분석부(220)는, 상기 측정 대상 치 각각의 양단의 전압의 기본파 성분이 서로 상쇄되도록, 상기 측정 대상 치 각각의 양단의 전압 간의 차를 산출할 수 있다.The comparison and
여기서, 상기 산출된 결과는, 상기 측정 대상 치 각각의 양단의 전압의 기본파 성분은 서로 상쇄되고, 상기 기본파 성분을 제외한 어느 한 성분은 서로 더해져 증가될 수 있다.Here, in the calculated result, the fundamental wave components of the voltage at both ends of each of the measurement target values cancel each other out, and any component other than the fundamental wave component may be added and increased.
즉, 상기 모터에 고장이 발생하여 회전자 또는 고정자의 편심이 발생한 경우, 상기 측정 대상 치 각각에 유도되는 역기전력은 기본파 성분이 동일하고, 기본파 성분 외의 성분은 위상이 다르게 발생되어, 상기 측정 대상 치 각각의 양단의 전압 간의 차를 산출하면 기본파 성분은 서로 상쇄되고, 상기 기본파 성분을 제외한 어느 한 성분은 서로 더해져 증가될 수 있다.That is, when a malfunction occurs in the motor and eccentricity of the rotor or stator occurs, the back electromotive force induced in each of the measurement targets has the same fundamental wave component, and components other than the fundamental wave component are generated in different phases, so that the measurement When calculating the difference between the voltages at both ends of each target value, the fundamental wave components cancel each other out, and any one component other than the fundamental wave component can be added and increased.
이를 통해 상기 기본파 성분을 제외한 어느 한 성분이 증가된 산출 결과를 얻게 됨으로써, 상기 산출 결과를 근거로 상기 측정된 역기전력의 측정 및 비교 분석이 이루어지게 될 수 있다.Through this, a calculation result in which any component other than the fundamental wave component is increased is obtained, and the measured back electromotive force can be measured and comparatively analyzed based on the calculation result.
상기 비교 분석부(220)에서 산출된 상기 산출된 결과의 예시는, 도 7에 도시된 바와 같을 수 있다.An example of the result calculated by the
도 7에 도시된 바와 같이, 상기 1번치와 상기 7번치 각각의 양단에서 검출된 전압은, 기본파 성분의 크기와 위상이 같고, 3, 5번째 고조파 성분은 크기는 같지만 위상이 다른 형태로 나타내어져, 두 전압의 차를 산출하면 상기 기본파 성분은 상쇄되어 사라지고, 상기 3, 5번째 고조파 성분은 크기가 같고 위상이 반대이기 때문에 크기가 두배로 증가될 수 있다.As shown in FIG. 7, the voltage detected at both ends of the first and seventh values has the same magnitude and phase as the fundamental wave component, and the 3rd and 5th harmonic components have the same size but different phases. Well, when calculating the difference between the two voltages, the fundamental wave component is canceled out and disappears, and the 3rd and 5th harmonic components can be doubled in size because they are the same size and opposite in phase.
상기 비교 분석부(220)는, 상기 산출 결과에 대해 상기 측정된 역기전력의 비교 분석을 위한 푸리에 변환(Fourier Transform)을 수행할 수 있다.The comparison and
상기 비교 분석부(220)는, 상기 산출 결과에 대한 푸리에 변환을 수행하여, 상기 측정 대상 치 각각에 유도되는 역기전력을 비교 분석할 수도 있다.The comparison and
상기 비교 분석부(220)는 또한, 상기 측정된 역기전력의 파형이 크기가 서로 다른 정현파로 나타나는 경우, 상기 정현파의 크기 비교를 통해 상기 측정된 역기전력의 절대 크기를 상대 비교하여, 상기 측정된 역기전력 간의 차이 값을 분석할 수도 있다.Additionally, when the waveforms of the measured back electromotive force appear as sinusoids with different sizes, the
한편, 상기 비교 분석부(220)는, 상기 모터의 고장에 의해 동적 편심이 발생하는 경우에는 동적 편심의 검출을 위하여 상기 측정 대상 각 치에 유도되는 역기전력의 파형을 시간 영역(Time Domain)에서 주파수 영역(Frequency Domain)으로 변환하는 과정을 수행할 수도 있다.Meanwhile, when dynamic eccentricity occurs due to a failure of the motor, the
이를 위해, 상기 비교 분석부(220)는, 2개의 상기 측정 대상 치 각각에 유도되는 역기전력의 파형에 대해 푸리에 변환을 수행할 수 있다.To this end, the
즉, 상기 비교 분석부(220)는, 상기 모터의 고장에 의해 동적 편심이 발생하는 경우, 두 치의 역기전력의 파형을 푸리에 변환하여 주파수의 기본 성분 및 부가 성분(X±1)을 추출하고, 추출된 상기 기본 성분 및 상기 부가 성분의 크기 비교를 통해 각 치의 역기전력 간의 차이 값을 분석할 수도 있다.That is, when dynamic eccentricity occurs due to a failure of the motor, the
상기 비교 분석부(220)에서 비교 분석된 결과는, 상기 고장 검출부(230)로 전달되어 고장 검출의 근거가 될 수 있다.The results compared and analyzed by the comparison and
상기 고장 검출부(230)는, 상기 비교 분석부(220)에서 비교 분석한 역기전력의 비교 분석 결과를 근거로 상기 모터의 고장을 검출할 수 있다.The
일 예로 상기 고장 검출부(230)는, 상기 정현파의 크기 비교를 통한 역기전력 간의 차이 값에 기초하여 상기 정적 편심이 발생하는 위치 및 편심량을 검출할 수 있다.As an example, the
다시 말해, 상기 고장 검출부(230)는, 상기 정현파의 크기 비교에 따라 차이가 발생하면, 상기 모터에 정적 편심이 발생한 것으로 판단하고, 상기 정적 편심이 발생하는 위치 및 편심량을 검출할 수 있다.In other words, if a difference occurs according to the size comparison of the sinusoids, the
또한, 상기 고장 검출부(230)는, 두 치의 역기전력의 주파수 성분 비교를 통한 역기전력 간의 차이 값에 기초하여 상기 동적 편심이 발생하는 위치 및 편심량을 검출할 수도 있다.In addition, the
다시 말해, 상기 고장 검출부(230)는, 두 치의 역기전력의 주파수 성분 중에, 기본 성분(X) 외에 부가 성분(X±1)이 포함되어 있으면 상기 모터에 동적 편심이 발생한 것으로 판단하고, 상기 동적 편심이 발생하는 위치 및 편심량을 검출할 수 있다.In other words, the
이하에서는 상기 검출 장치(200)를 통해 모터의 고장을 검출하는 과정이 어떤 결과를 가져오고, 그 결과가 어떻게 산출되었는지에 대하여 구체적으로 설명한다.Hereinafter, it will be described in detail what results the process of detecting a motor failure through the
모터에 고장이 없는 이상적인 경우, 각 치에 유도되는 역기전력은 다음과 같이 [수학식 1]로 나타낼 수 있다.In an ideal case where there is no malfunction in the motor, the back electromotive force induced in each gear can be expressed as [Equation 1] as follows.
[수학식 1][Equation 1]
여기서, e는 각 치의 역기전력을 나타내고, A는 각 치의 권선 수와 역기전력 계수를 곱하여 산출된 역기전력 크기를 나타내며, B는 k번 째 주파수에서의 역기전력 크기를 각각 나타낸다. 그리고, ακ는 역기전력의 위상을 나타내고, l은 치의 수를 나타낸다.Here, e represents the back electromotive force of each tooth, A represents the magnitude of the back electromotive force calculated by multiplying the number of turns of each tooth and the back electromotive force coefficient, and B represents the magnitude of the back electromotive force at the kth frequency. And, ακ represents the phase of the back electromotive force, and l represents the number of teeth.
또한, 각 상에 유도되는 역기전력은 다음의 수학식 2와 같이 한 상을 구성하는 각 치의 역기전력의 합으로 나타낼 수 있다.Additionally, the back electromotive force induced in each phase can be expressed as the sum of the back electromotive force of each value constituting one phase, as shown in
[수학식 2][Equation 2]
여기서, eu, ev, ew는 각각 u, v, w상에 있는 각 치의 역기전력을 나타내고, l은 치의 수를 나타낸다.Here, eu, ev, and ew represent the back electromotive force of each tooth on u, v, and w, respectively, and l represents the number of teeth.
모터에 고장이 없는 이상적인 경우, 각 상의 역기전력은 120도의 위상 차를 갖는 동일한 파형으로 나타난다.In an ideal case where there is no fault in the motor, the back electromotive force of each phase appears as the same waveform with a phase difference of 120 degrees.
도 8은 모터 고장에 의해 고정자 편심이 발생한 경우의 모터를 나타낸 도면이다.Figure 8 is a diagram showing a motor when stator eccentricity occurs due to motor failure.
도 8에 도시된 바와 같이, 모터의 고장에 의해 고정자 편심이 발생하는 경우, 상기 모터의 각 치에 유도되는 역기전력은 다음의 [수학식 3]과 같이 나타낼 수 있다.As shown in FIG. 8, when stator eccentricity occurs due to a motor failure, the back electromotive force induced in each gear of the motor can be expressed as follows [Equation 3].
[수학식 3][Equation 3]
여기서, e는 각 치의 역기전력을 나타내고, A는 각 치의 권선 수와 역기전력 계수를 곱하여 산출된 역기전력 크기를 나타내며, B는 k번 째 주파수에서의 역기전력 크기를 각각 나타낸다. 그리고, ακ는 역기전력의 위상을 나타내고, l은 치의 수를 나타낸다. 또한, ε는 고정자의 원래 중심에서 벗어난 벡터(거리)를 나타내고, g는 고장이 없는 이상적인 경우의 gap(공극)을 나타내며, θ는 고정자의 원래 중심에서 벗어난 각도를 나타낸다.Here, e represents the back electromotive force of each tooth, A represents the magnitude of the back electromotive force calculated by multiplying the number of turns of each tooth and the back electromotive force coefficient, and B represents the magnitude of the back electromotive force at the kth frequency. And, ακ represents the phase of the back electromotive force, and l represents the number of teeth. In addition, ε represents the vector (distance) deviating from the original center of the stator, g represents the gap (air gap) in the ideal case without failure, and θ represents the angle deviating from the original center of the stator.
참고로, ε, g, θ는 고정된 값이다.For reference, ε, g, and θ are fixed values.
상기 모터의 고장에 의해 고정자 편심이 발생하게 되면, 편심이 있는 방향은 공극의 크기가 줄어들게 되어 역기전력의 크기가 상대적으로 증가하게 되고, 편심 반대 방향은 공극의 크기가 늘어나게 되어 역기전력의 크기가 상대적으로 감소하게 된다. 하지만, 각 상을 구성하는 역기전력의 합을 구하는 경우, 각 치의 역기전력 변동은 서로 상쇄된다.When stator eccentricity occurs due to a failure of the motor, the size of the air gap in the direction of eccentricity decreases and the size of the back electromotive force relatively increases, and in the direction opposite to the eccentricity, the size of the air gap increases and the size of the back electromotive force relatively increases. It decreases. However, when calculating the sum of the back electromotive force constituting each phase, the back electromotive force fluctuations of each phase cancel each other out.
상기 모터의 고장에 의해 고정자 편심이 발생하는 경우, 각 치의 역기전력을 검출하면 모터의 고장에 의해 역기전력에 변동이 나타난다. 하지만, 상기 모터의 고장에 의해 고정자 편심이 발생하는 경우, 각 상의 역기전력을 검출하면 상기 모터의 고장에 의해 역기전력의 변동이 발생하지 않게 된다. 따라서, 각 치의 역기전력을 검출하는 경우에만 모터의 고장을 감지할 수 있게 된다.When stator eccentricity occurs due to a failure of the motor, when the back electromotive force at each point is detected, a change in the back electromotive force appears due to a malfunction of the motor. However, when stator eccentricity occurs due to a malfunction of the motor, detecting the back electromotive force of each phase prevents the change in back electromotive force from occurring due to a malfunction of the motor. Therefore, a motor failure can be detected only when the back electromotive force of each tooth is detected.
도 9는 모터 고장에 의해 회전자 편심이 발생하는 경우의 모터를 나타낸 도면이다.Figure 9 is a diagram showing a motor when rotor eccentricity occurs due to motor failure.
도 9에 도시된 바와 같이, 상기 모터의 고장에 의해 회전자 편심이 발생하는 경우, 상기 모터의 각 치에 유도되는 역기전력은 다음의 [수학식 4]와 같이 나타낼 수 있다.As shown in FIG. 9, when rotor eccentricity occurs due to a failure of the motor, the back electromotive force induced in each gear of the motor can be expressed as follows [Equation 4].
[수학식 4][Equation 4]
여기서, e는 각 치의 역기전력을 나타내고, A는 각 치의 권선 수와 역기전력 계수를 곱하여 산출된 역기전력 크기를 나타내며, B는 k번 째 주파수에서의 역기전력 크기를 각각 나타낸다. 그리고, ακ는 역기전력의 위상을 나타내고, m은 치의 수를 나타낸다. 또한, ε는 회전자의 원래 중심에서 벗어난 벡터(거리)를 나타내고, g는 고장이 없는 이상적인 경우의 gap(공극)을 나타내며, wt는 회전자의 원래 중심에서 벗어난 각속도를 나타낸다.Here, e represents the back electromotive force of each tooth, A represents the magnitude of the back electromotive force calculated by multiplying the number of turns of each tooth and the back electromotive force coefficient, and B represents the magnitude of the back electromotive force at the kth frequency. And, ακ represents the phase of the back electromotive force, and m represents the number of teeth. In addition, ε represents the vector (distance) deviating from the original center of the rotor, g represents the gap (air gap) in the ideal case without failure, and wt represents the angular velocity deviating from the original center of the rotor.
참고로, ε, g 는 고정된 값이고, wt는 t(시간)에 따라 변하는 값이다.For reference, ε and g are fixed values, and wt is a value that changes depending on t (time).
상기 모터의 고장에 의해 회전자 편심이 발생하게 되면, 한 치에 마주하는 공극의 크기는 모터 회전 주파수와 동일하게 늘었다 줄었다를 반복하게 된다. 따라서, 한 개의 치에 유도되는 역기전력의 크기는 정현파에 맴돌이 현상이 발생하는 것과 동일한 형태로 나타나게 된다. 하지만, 한 상을 구성하는 치들의 역기전력을 합하게 되면 이 영향 또한 상쇄되어 사라지게 된다.When rotor eccentricity occurs due to a failure of the motor, the size of the gap facing each other repeatedly increases and decreases at the same rate as the motor rotation frequency. Therefore, the magnitude of the back electromotive force induced in one tooth appears in the same form as the eddy phenomenon occurring in the sinusoidal wave. However, when the counter electromotive force of the elements that make up one phase are combined, this effect is also canceled out and disappears.
상기 모터의 고장에 의해 회전자 편심이 발생하는 경우, 각 치의 역기전력을 검출하면 상기 모터의 고장에 의해 역기전력에 변동이 나타난다. 하지만, 상기 모터의 고장에 의해 회전자 편심이 발생하는 경우, 각 상의 역기전력을 검출하면 상기 모터의 고장에 의해 역기전력의 변동이 발생하지 않게 된다. 따라서, 각 치의 역기전력을 검출하는 경우에만 상기 모터의 고장을 감지할 수 있게 된다.When rotor eccentricity occurs due to a failure of the motor, when the back electromotive force at each point is detected, a change in the back electromotive force appears due to the failure of the motor. However, when rotor eccentricity occurs due to a failure of the motor, detecting the back electromotive force of each phase prevents the change in back electromotive force from occurring due to a failure of the motor. Therefore, a failure of the motor can be detected only when the back electromotive force of each tooth is detected.
이와 같이, 상기 모터에 고장이 발생하는 경우, 각 치에 유도되는 역기전력은 서로 다르게 나타나게 된다. 따라서, 상기 모터의 고장을 감지하기 위해서는 각 치의 역기전력을 검출하여 변동을 파악하면 된다. 그리고, 상기 모터의 고장을 감지하기 위해서는 상기 모터 전체의 치 중 2개 혹은 3개 이상의 역기전력 파형이 필요하게 된다.In this way, when a failure occurs in the motor, the back electromotive force induced in each tooth appears differently. Therefore, in order to detect a failure of the motor, the back electromotive force of each tooth can be detected to determine the change. In addition, in order to detect a failure of the motor, the back electromotive force waveforms of two or three or more of the values of the entire motor are required.
즉, 상기 검출 장치(200)는, 상기 모터의 각 상을 구성하는 복수의 치 중 적어도 한 쌍의 치에 유도되는 역기전력의 파형을 검출하여, 파형 간의 상대 비교 분석을 통해 상기 모터의 고장을 검출하게 될 수 있다.That is, the
상기 모터의 고장에 의해 고정자 편심이 발생하는 경우, 각 치에 발생하는 역기전력 파형은 크기가 서로 다른 정현파로 나타난다. 이러한 경우, 상기 검출 장치(200)는, 역기전력 절대 크기의 상대 비교를 통해 고정자 편심이 발생하는 위치와 편심량을 파악할 수 있다.When stator eccentricity occurs due to a failure of the motor, the back electromotive force waveform generated at each tooth appears as a sinusoidal wave with different sizes. In this case, the
상기 모터의 고장에 의해 회전자 편심이 발생하는 경우, 각 치에 발생하는 역기전력 파형은 기본 성분 외 주변 성분을 포함하는 형태로 나타난다. 이러한 경우, 상기 검출 장치(200)는, 기본 성분 외 주변 성분의 크기를 상대 비교하여 회전자 편심이 발생하는 위치와 편심량을 확인할 수 있다.When rotor eccentricity occurs due to a failure of the motor, the back electromotive force waveform generated at each tooth appears in a form that includes peripheral components in addition to the basic component. In this case, the
본 발명의 실시 예들은 다양한 컴퓨터로 구현되는 동작을 수행하기 위한 프로그램 명령을 포함하는 컴퓨터 판독 가능 매체를 포함할 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 로컬 데이터 파일, 로컬 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체는 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크와 같은 자기-광 매체, 및 롬, 램, 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.Embodiments of the present invention may include a computer-readable medium containing program instructions for performing various computer-implemented operations. The computer-readable medium may include program instructions, local data files, local data structures, etc., singly or in combination. The media may be those specifically designed and constructed for the present invention or may be known and available to those skilled in the art of computer software. Examples of computer-readable recording media include magnetic media such as hard disks, floppy disks, and magnetic tapes, optical recording media such as CD-ROMs and DVDs, magneto-optical media such as floptical disks, and ROM, RAM, flash memory, etc. It includes specially configured hardware devices to store and execute the same program instructions. Examples of program instructions include machine language code, such as that produced by a compiler, as well as high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter, etc.
본 명세서에 개시된 모터 고장 검출 장치의 실시 예들은, PM 모터의 고장을 검출하는 장치에 적용되어 실시될 수 있다.Embodiments of the motor failure detection device disclosed in this specification may be applied to and implemented as a device for detecting a failure of a PM motor.
본 명세서에 개시된 모터 고장 검출 장치의 실시 예들은, 모터의 각 상을 구성하는 치에 유도되는 역기전력을 측정하여, 모터의 고정자/회전자 편심 등을 판단하여 고장을 검출하는 장치에 유용하게 적용되어 실시될 수 있다.Embodiments of the motor failure detection device disclosed in this specification are usefully applied to a device that detects a failure by measuring the back electromotive force induced in the teeth constituting each phase of the motor and determining the stator/rotor eccentricity of the motor. It can be implemented.
본 명세서에 개시된 모터 고장 검출 장치의 실시 예들은 특히, 기하학적으로 짝수에 해당하는 회전 대칭 구조의 모터의 고장을 검출하는 장치에 유용하게 적용되어 실시될 수 있다.Embodiments of the motor failure detection apparatus disclosed in this specification can be particularly usefully applied to and implemented in an apparatus for detecting failure of a motor with a rotationally symmetrical structure corresponding to a geometrically even number.
본 명세서에 개시된 모터 고장 검출 장치의 실시 예들에 따르면, 모터의 각 상을 구성하는 치 중 적어도 한 쌍의 치의 역기전력을 추가 권선 없이 치의 양단에서 전압을 검출하여 측정함으로써, 역기전력 측정을 위한 별도의 구성 없이 모터의 고장을 검출할 수 있게 되는 효과가 있다.According to embodiments of the motor failure detection device disclosed herein, the back electromotive force of at least one pair of teeth constituting each phase of the motor is measured by detecting the voltage at both ends of the teeth without additional winding, thereby providing a separate configuration for measuring the back electromotive force. This has the effect of being able to detect a motor failure without any problems.
이로 인해 본 명세서에 개시된 모터 고장 검출 장치는, 모터 내부의 구조적 한계, 제한적 설계의 문제 등을 개선할 수 있음은 물론, 고장 검출을 위한 설계 자체가 간단하게 이루어질 수 있고, 이에 따른 비용이 절감될 수 있는 효과가 있다.As a result, the motor failure detection device disclosed in this specification can not only improve structural limitations and limited design problems inside the motor, but also simplify the design for failure detection, thereby reducing costs. There is a possible effect.
아울러, 본 명세서에 개시된 모터 고장 검출 장치의 실시 예들에 따르면, 추가 권선 없이 한 쌍의 치의 양단에서 전압을 검출하고, 두 전압 간의 차를 산출하여 역기전력을 측정함으로써, 추가 권선 없이 측정 가능한 크기의 역기전력을 측정하게 될 수 있고, 이에 따라 역기전력 측정 및 모터의 고장 검출 자체가 간단하게 이루어질 수 있게 되는 효과가 있다.In addition, according to embodiments of the motor failure detection device disclosed herein, the voltage is detected at both ends of a pair of teeth without an additional winding, and the back electromotive force is measured by calculating the difference between the two voltages, thereby producing a measurable back electromotive force without an additional winding. can be measured, and this has the effect of simplifying the measurement of back electromotive force and detection of motor failure.
지금까지 본 발명에 따른 구체적인 실시 예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허 청구의 범위뿐 아니라 이 특허 청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.Although specific embodiments according to the present invention have been described so far, it goes without saying that various modifications are possible without departing from the scope of the present invention. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be determined by the scope of the patent claims described below as well as equivalents to the claims of this patent.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시 예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.As described above, although the present invention has been described with limited embodiments and drawings, the present invention is not limited to the above embodiments, and those skilled in the art will be able to make various modifications and modifications from these descriptions. Transformation is possible. Accordingly, the spirit of the present invention should be understood only by the scope of the claims set forth below, and all equivalent or equivalent modifications thereof shall fall within the scope of the spirit of the present invention.
10: 권선 110: 회전자 허브
120: 영구자석 130: 고정자 코어
140: 권선 200: 모터 고장 검출 장치
210: 역기전력 측정부 211: 전압 검출부
220: 비교 분석부 230: 고장 검출부10: winding 110: rotor hub
120: permanent magnet 130: stator core
140: winding 200: motor failure detection device
210: Back electromotive force measurement unit 211: Voltage detection unit
220: comparative analysis unit 230: failure detection unit
Claims (9)
상기 측정된 역기전력을 비교 분석하는 비교 분석부; 및
상기 비교 분석 결과를 근거로 상기 모터의 고장을 검출하는 고장 검출부;를 포함하고,
상기 한 쌍의 치는,
서로 마주보는 위치에 배치되는 동일 상을 구성하는 두 치고,
상기 역기전력 측정부는,
한 쌍의 측정 대상 치 및 상기 측정 대상 치 각각과 인접한 양측의 치 사이 각각의 측정 부분에서 상기 측정 대상 치 각각의 양단의 전압을 검출하는 전압 검출부를 포함하여, 상기 측정 대상 치 각각의 양단의 전압을 검출하여 역기전력을 측정하되,
상기 측정 부분은,
상기 측정 대상 치에서 인접한 치로 넘어가는 4개의 부분을 포함하고,
상기 비교 분석부는,
상기 측정 대상 치 각각의 양단의 전압 간의 차를 산출하여, 산출된 결과를 근거로 상기 측정된 역기전력을 비교 분석하는 것을 특징으로 하는 모터 고장 검출 장치.a back electromotive force measuring unit that measures a back electromotive force induced in at least one pair of teeth among a plurality of teeth constituting each phase of the motor;
a comparative analysis unit that compares and analyzes the measured back electromotive force; and
It includes a failure detection unit that detects a failure of the motor based on the comparative analysis results,
The pair of strikes,
Two constituting the same image placed in positions facing each other,
The back electromotive force measuring unit,
Including a pair of measurement target teeth and a voltage detection unit that detects the voltage across both ends of each of the measurement target teeth at each measurement portion between each of the measurement target teeth and the teeth on both sides adjacent to each of the measurement target teeth, the voltage across both ends of each of the measurement target teeth Detect and measure the back electromotive force,
The measurement part is,
It includes four parts that transition from the measurement target tooth to the adjacent tooth,
The comparative analysis unit,
A motor failure detection device characterized in that the difference between the voltages at both ends of each of the measurement target values is calculated, and the measured back electromotive force is compared and analyzed based on the calculated results.
상기 전압 검출부는,
상기 측정 대상 치와 상기 인접한 치 양 사이에서 상기 측정 대상 치의 권선과 연결되어, 상기 측정 대상 치의 양단에서 직접 전압을 검출하는 것을 특징으로 하는 모터 고장 검출 장치.According to claim 1,
The voltage detector,
A motor failure detection device characterized in that it is connected to a winding of the measurement target between the measurement target and the adjacent teeth, and directly detects voltage at both ends of the measurement target.
상기 비교 분석부는,
상기 측정 대상 치 각각의 양단의 전압 파형을 비교 분석하는 것을 특징으로 하는 모터 고장 검출 장치.According to claim 1,
The comparative analysis unit,
A motor failure detection device characterized in that the voltage waveforms at both ends of each of the measurement target values are compared and analyzed.
상기 비교 분석부는,
상기 측정 대상 치 각각의 양단의 전압의 기본파 성분이 서로 상쇄되도록, 상기 측정 대상 치 각각의 양단의 전압 간의 차를 산출하는 것을 특징으로 하는 모터 고장 검출 장치.According to claim 1,
The comparative analysis unit,
A motor failure detection device characterized in that the difference between the voltages across each of the measurement target values is calculated so that the fundamental wave components of the voltages across each of the measurement target values cancel each other out.
상기 산출된 결과는,
상기 측정 대상 치 각각의 양단의 전압의 기본파 성분은 서로 상쇄되고, 상기 기본파 성분을 제외한 어느 한 성분은 서로 더해져 증가된 것을 특징으로 하는 모터 고장 검출 장치.According to any one of claims 1 and 8,
The calculated results above are:
A motor failure detection device, characterized in that the fundamental wave components of the voltage at both ends of each of the measurement target values cancel each other, and any component other than the fundamental wave component is added and increased.
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