KR19980075745A - 정속도 제어를 위한 모터 드라이버 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다른 장치의 회전 구동력으로 사용하는 모터의 회전속도를 일정하게 설정 또는 유지시켜 주는 모터 드라이버에 관한 것으로, 모터 또는 모터에 의하여 회전하는 회전체의 회전수를 감지하는 회전센서(1)와; 상기한 모터에 공급되는 전원의 위상을 측정하는 위상 감지부(4,5)와; 모터 또는 회전체의 회전수를 설정할 수 있는 설정부(3)와; 모터에 공급되는 전원을 입력받아 출력량을 제어하여 출력해 주는 드라이버(6,7)와; 상기한 설정부(3)에 의하여 설정된 모터 또는 회전체의 회전수를 기준으로 하여 상기한 회전 센서(1)에 의하여 감지된 회전수를 비교하여 모터 또는 회전체의 회전수가 설정된 회전수보다 작거나 많으면, 상기한 위상감지부(4,5)를 통하여 감지한 전원의 위상을 기준으로 하여 상기한 드라이버(6,7)에 입력되는 전원의 출력량을 제어함으로써 모터에 공급되는 전력량을 늘이거나 줄이는 제어를 수행하는 제어부(2)와; 상기한 설정부(3)에 의하여 설정된 설정치와 모터 및 회전체의 회전수 등을 표시해 주는 디스플레이(8)로 구성된다.

Description

정속도 제어를 위한 모터 드라이버

본 발명은 정속도 제어를 위한 모터 드라이버에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다른 장치의 회전 구동력으로 사용하는 모터의 회전속도를 일정하게 설정 또는 유지시켜 주는 모터 드라이버에 관한 것이다.

일반적으로, 모터의 제어 분야에는 회전 속도, 정속도, 그리고 회전량(회전각)을 제어하는 등의 분야가 있다.

회전 속도는 속도의 고저를 제어하는 것을, 주로 전류량 제어를 통하여 속도를 제어하고 있으며, 경우에 따라서는 듀티(DUTY) 제어를 통하여 속도를 제어하고 있다. 여기서, 듀티 제어는 모터에 구형파의 펄스 전원을 가하여 이 정현파의 듀티 사이클을 조절해 줌으로써 모터에 공급되는 전력량을 변화시켜 제어하는 것이다. 이러한 듀티 제어를 PWM(PULSE WIDTH MODULATION) 제어라고도 한다.

그리고, 정속도 제어는 모터에 연결된 부하량이 변동하여도 모터의 회전 속도를 일정하게 유지시켜 주는 것으로, 보통 부하가 연결된 모터의 회전 속도를 피드백시켜 이를 기준으로 모터에 공급되는 전류량을 변화시켜서 모터의 회전 속도를 설정된 속도로 유지시켜 주는 제어를 수행하고 있으며, 모터의 회전각 제어는 대부분 회전량을 제어할 수 있는 스텝핑 모터(STEPPING MOTOR)를 채용하여 모터의 회전각을 제어하고 있다.

이러한 모터 제어 방법 중에서 본 발명과 관련이 있는 모터의 정속도 제어에 대한 일반적인 기술은 상기한 설명과 같은 원리를 이용하여 모터에 공급되는 전류를 제어하여 속도를 제어하는데, 모터의 현재 속도를 표시하도록 하여, 이 표시치를 기준으로 작업자가 원하는 속도를 유지하도록 부하량이 변동할 때마다(모터의 속도가 변동할 때마다) 공급되는 전류량을 수동으로 조정해 주어야 하는 방식을 사용하고 있는 실정이다.

이러한 종래의 정속도 유지 방식은 모터의 속도가 변동될 때마다 작업자가 수동으로 재 설정해 주어야 하기 때문에 작업의 효율성이 떨어지는 것은 물론이고, 레스폰스 타임(response time)이 너무 길어서 정밀한 작업에 사용되는 경우 적절하게 대응할 수 없는 문제점이 있었던 것이다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 정속도를 유지해야 하는 모터에 연결된 부하량의 변동에 관계없이 항상 일정 속도를 유지할 수 있는 정속도 제어를 위한 모터 드라이버를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위하여, 모터의 정속 회전을 제어하는 장치에 있어서, 모터 또는 모터에 의하여 회전하는 회전체의 회전수를 감지하는 회전센서와; 상기한 모터에 공급되는 전원의 위상을 측정하는 위상 감지부와; 모터 또는 회전체의 회전수를 설정할 수 있는 설정부와; 모터에 공급되는 전원을 입력받아 출력량을 제어하여 출력해 주는 드라이버와; 상기한 설정부에 의하여 설정된 모터 또는 회전체의 회전수를 기준으로 하여 상기한 회전 센서에 의하여 감지된 회전수를 비교하여 모터 또는 회전체의 회전수가 설정된 회전수보다 작거나 많으면, 상기한 위상감지부를 통하여 감지한 전원의 위상을 기준으로 하여 상기한 드라이버에 입력되는 전원의 출력량을 제어함으로써 모터에 공급되는 전력량을 늘이거나 줄이는 제어를 수행하는 제어부와; 상기한 설정부에 의하여 설정된 설정치와 모터 및 회전체의 회전수 등을 표시해 주는 디스플레이로 구성되는 것을 특징으로 하는 정속도 제어를 위한 모터 드라이버를 제공한다.

도 1은 본 발명에 따른 정속도 제어를 위한 모터 드라이버의 구성을 나타낸 블록도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1:회전센서2:제어부

3:설정부4,5:위상 감지부

6,7:드라이버8:드라이버

본 발명에 따른 정속도 제어를 위한 모터 드라이버의 구성 및 작용을 본 발명의 일 실시예를 상세하게 설명한다.

첨부한 도면, 도 1은 본 발명에 따른 정속도 제어를 위한 모터 드라이버의 구성을 나타낸 블록도이다.

먼저, 본 발명에 따른 정속도 제어를 위한 모터 드라이버의 구성은 도 1에 도시한 바와 같으며, 본 발명에 따른 실시예에서는 3상 전원(AC1-AC3)이 입력되는 모터의 정속도 제어를 실례로 선택하였다.

회전 센서(1)는 모터의 회전축에 부착된 엔코더(Encoder)등과 같은 수단을 통하여 모터의 회전수를 감지하는 것으로, 보통 모터가 1회전할 때 펄스가 6∼12정도로 출력되도록 한다. 이 펄스의 수가 많을수록 분해능이 높아져 보다 정밀한 제어를 수행할 수 있다. 그리고, 이 회전 센서(1)는 모터의 축에 부착되는 방법 외에도 다음과 같은 용도로 사용할 수 있다. 즉, 모터에 의하여 구동되는 컨베이어 벨트의 경우 실제 모터의 회전수와 컨베이어 벨트의 회전수가 일치하지 않을 것이고, 작업자에 중요한 것은 컨베이어 벨트의 회전수이지 모터의 회전수가 아닐 것이다. 따라서, 모터의 정속도 제어를 위하여 회전 센서를 모터가 아닌 컨베이어 벨트의 회전축에 부착하여 컨베이어 벨트의 회전수를 측정하면 보다 편리할 것이다. 그리고, 모터의 실제 회전수를 하기한 디스플레이부를 통하여 표시하게 되는데, 이 때에도 모터의 회전수보다 컨베이어 벨트의 회전수를 표시하거나, 나아가 컨베이어 벨트의 진행 속도를 선속도(m/min)로 표시하는 것이 보다 편리한 것이다.

위상 감지부(4,5)는 모터의 구동에 필요한 전원의 위상을 감지하는 것으로, 본 실시예에서는 AC2를 기준으로 AC1과 AC3의 위상을 각각 측정한다.

설정부(3)는 모터의 구동 또는 정지, 그리고 모터에 연결된 감속기(또는 모터에 연결되어 회전하는 회전체)의 기어비 설정, 상기한 회전 센서의 출력 값을 소정의 배수로 곱해주는 기능, 과도한 회전 변동율을 방지하여 모터를 보호하기 위한 회전 변동율 설정, 모터 속도의 제어율(설정치와의 편차에 대하여 제어되는 제어율의 크기 즉, 편차 제어율로써 이 값이 너무 크게 설정되면 응답속도가 느리게 되고 반대로 너무 작으면 헌팅 현상이 발생할 우려가 있으며, 이 제어율에는 비례 제어, 적분 제어, 미분 제어 등이 적용되어 사용된다.) 등을 설정하기 위한 조작수단이다.

디스플레이(8)는 상기한 설정부(3)에 의한 설정 과정과 모터의 현재 속도, 설정 속도 등을 표시해주는 표시 장치이다.

제어부(2)는 상기한 설정부(3)의 조작에 의하여 입력되는 설정치를 입력받고 상기한 회전 센서(1)로부터 모터의 회전수를 입력받아, 회전수와 설정치와 비교하여 모터의 속도를 제어해 주는 것으로, 상기한 위상을 감지하는 위상 감지부(4,5)를 통하여 입력되는 전원의 위상을 감지하여, 이를 바탕으로 하지만 드라이버(6,7)의 출력량을 제어해 준다. 그리고, 디스플레이를 통하여 모터의 제어 상태를 표시해 준다.

드라이버(6,7)는 상기한 제어부(2)의 제어를 받아 입력되는 전원 AC1과 AC3의 출력량을 제어해 주는 것으로, 제어부(2)로부터 출력되는 PWM(Pulse Width Modulation)신호 즉, 정현파의 전압을 입력받아 모터의 속도가 빠르면 모터에 공급되는 전력량을 줄이기 위하여 펄스 폭을 짧게 하고, 모터의 속도가 느리면 전원의 정현파를 100% 가깝게 출력하기 위하여 PWM 신호의 펄스폭을 길게 하여 모터의 속도를 증대시켜 주는 작용을 한다. 이러한 제어를 하기 위하여 드라이버(6)는 상기한 제어부의 PWM 신호를 게이트 신호로 받아서 구동되는 트라이악(TRICA)으로 이루어져, 애노드 2(ANODE 2)로 입력되는 AC1전원을 애노드 1(ANODE 1)로 제어하여 출력(TR)한다. 마찬가지로 AC3 전원도 드라이버(7)에 의하여 TT 신호로 제어되어 출력된다.

상기한 바와 같은 구성 요소로 이루어진 본 발명에 따른 정속도 제어를 위한 모터 드라이버는 다음과 같이 동작한다.

먼저, 제어부(2)는 상기한 설정부(3)의 조작에 의하여 입력되는 설정치를 입력받고 상기한 회전 센서(1)로부터 모터의 회전수를 입력받아, 회전수와, 설정치와 비교하고, 위상 감지부(4,5)를 통하여 입력되는 전원(AC 1,3)의 위상을 감지하여, 이를 바탕으로 하기한 드라이버(6,7)의 출력량을 제어해 준다. 그리고, 그 결과를 디스플레이를 통하여 모터의 제어 상태를 표시해 준다.

이때, 제어부(2)로부터 PWM신호를 입력받은 드라이버(6,7)는 정현파의 전원 전압(AC 1,3)을 입력받아 PWM 신호의 펄스폭을 일치하게 전압을 제어하여 출력하는데, 모터의 속도가 빠르면 제어부(2)로부터 출력되는 PWM 신호의 펄스폭이 작게 출력되어 전원의 정현파를 일부 차단하여 출력되는 전력량을 줄이고, 모터의 속도가 느리면 PWM 신호의 펄스폭이 넓게 출력되어 전원의 정현파를 100% 가깝게 출력하여 모터의 속도를 증대시켜 주는 작용을 한다.

상기한 바와 같이 구성되어 작용하는 본 발명에 따른 정속도 제어를 위한 모터 드라이버는 정속도를 유지해야 하는 모터에 연결된 부하량의 변동에 관계없이 항상 일정 속도를 유지할 수 있도록 해주며, 사용이 편리하게 하여 생산성을 높여주는 효과를 제공한다.

지금까지 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 갖은 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.

Claims (6)

1. 모터의 정속 회전을 제어하는 장치에 있어서,

   모터 또는 모터에 의하여 회전하는 회전체의 회전수를 감지하는 회전센서와; 상기한 모터에 공급되는 전원의 위상을 측정하는 위상 감지부와; 모터 또는 회전체의 회전수를 설정할 수 있는 설정부와; 모터에 공급되는 전원을 입력받아 출력량을 제어하여 출력해 주는 드라이버와; 상기한 설정부에 의하여 설정된 모터 또는 회전체의 회전수를 기준으로 하여 상기한 회전 센서에 의하여 감지된 회전수를 비교하여 모터 또는 회전체의 회전수가 설정된 회전수보다 작거나 많으면, 상기한 위상감지부를 통하여 감지한 전원의 위상을 기준으로 하여 상기한 드라이버에 입력되는 전원의 출력량을 제어함으로써 모터에 공급되는 전력량을 늘이거나 줄이는 제어를 수행하는 제어부와; 상기한 설정부에 의하여 설정된 설정치와 모터 및 회전체의 회전수 등을 표시해 주는 디스플레이로 구성되는 것을 특징으로 하는 정속도 제어를 위한 모터 드라이버.
2. 청구항 1에 있어,

   상기한 드라이버는 트라이악(TRIAC)으로 구성되어 입력되는 전원을 게이트로 입력된 제어 신호의 펄스폭에 맞게 제어하여 출력하는 것을 특징으로 하는 정속도 제어를 위한 모터 드라이버.
3. 청구항 1에 있어서,

   상기한 회전 센서는 모터 또는 감속기 등에 부착되어, 발생하는 펄스로부터 실제 모터의 회전수를 산정하여 모터의 회전수를 제어하는 것을 특징으로 하는 정속도 제어를 위한 모터 드라이버.
4. 청구항 1에 있어서,

   상기한 제어부는 상기한 회전 센서와 설정부에 의하여 설정된 회전수를 서로 비교하여 그 결과를 펄스폭의 변화로 변경하여(PWM 신호) 상기한 드라이버의 제어신호로 이용할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 정속도 제어를 모터 드라이버.
5. 청구항 1에 있어서

   상기한 위상 감지부는 입력되는 3상의 전원에서 어느 한 상의 전원을 기준으로 하여 다른 2상의 위상을 측정하는 것을 특징으로 하는 정속도 제어를 위한 모터 드라이버.
6. 청구항 1에 있어서,

   상기한 회전 센서는 모터 또는 회전체의 제어 성능을 향상시키기 위하여 1회전에 대하여 제어가 가능한 범위 내에서 최대한의 펄스 수를 발생하도록 한 것을 특징으로 하는 정속도 제어를 위한 모터 드라이버.