KR20050111223A

KR20050111223A - 감시용 카메라의 팬 틸트 동작 구동용 콘덴서 모터의 속도제어 장치

Info

Publication number: KR20050111223A
Application number: KR1020040036447A
Authority: KR
Inventors: 우혁준; 남문철
Original assignee: 주식회사 파인디지털; 남문철
Priority date: 2004-05-21
Filing date: 2004-05-21
Publication date: 2005-11-24

Abstract

본 발명은 감시용 카메라의 팬 틸트 동작 구동용 콘덴서 모터의 속도 제어 장치에 관한 것이다. 본 발명은 주파수가 높은 경우(75Hz 이상)의 탈조 현상은 주권선과 보조권선의 간격보다 짧은 즉, 모터의 정격운전 주파수보다 현저히 짧은 주파수가 공급되어 발생하는 현상으로 콘덴서 모터의 구조적인 변경이 필요하므로 고속운전의 최고속은 정속의 1.25배 속도가 되며, 저속운전의 최저속은 정속 시보다 3배 느린 1/3의 속도로 움직이게 되며, 또한 기동 토크 저하로 인한 탈조 현상의 방지를 위하여 주파수가 낮은 경우(20㎐∼ 60Hz)에 기동 토크가 저하되는 부분을 기동 시 최초 시작을 60㎐로 토크를 확보한 후 점차 목표 속도에 해당하는 주기를 인가함으로써 안정된 기동 토크를 확보하는 것을 특징으로 한다.

Description

감시용 카메라의 팬 틸트 동작 구동용 콘덴서 모터의 속도 제어 장치 {APPARATUS FOR SPEED CONTROL OF DRIVING CONDENSER MOTOR USED FOR PAN AND TILT OPERATION OF CCTV CAMERAS}

본 발명은 감시용 카메라의 팬(pan) 틸트(tilt) 동작 구동용 콘덴서 모터의 속도 제어 장치에 관한 것이다. 최근 들어, 특히 금융 기관, 공공 기관 및 군사 시설 등 보안 감시가 요구되는 건물에 대한 모니터를 위하여 보안 감시 카메라(CCTV) 및 화상 녹화 장치 사용이 폭발적으로 증가하고 있다.

즉, 보안 감시가 요구되는 주요 지점에 감시용 카메라를 설치하고 화상 녹화 장치(Video Recorder)를 접목시켜서 화상 감시 시스템을 구축하는 방식이 사용되고 있다. 한편, 모니터를 통해 감시 카메라가 보내주는 화상을 관찰하고 있던 오퍼레이터는 의심이 가는 지역을 관찰하거나 수상한 자로 보이는 사람의 거동이나 인상 착의를 파악하기 위하여 감시용 카메라를 원격에서 좌우로 회전(pan)하거나, 상하 회전(tilt), 줌(zoom), 초점 조절(focus), 조리개 조절(iris)할 수 있도록 함으로써 범인의 거동 또는 의심나는 부분을 신속하게 촬영할 수 있도록 하고 있다.

이와 같이, 감시용 카메라의 좌우 회전(pan) 및 상하 회전(tilt) 등의 운동을 위하여 콘덴서 모터가 흔히 사용되고 있는데, 이것은 콘덴서 모터가 어느 정도의 정속성을 유지한다는 점, 소형이며 브러쉬가 없음으로 과부하 시에 모터 권선의 단선이 거의 없다는 점, 수명이 길고 단가가 싸다는 점 등의 장점을 지니고 있기 때문이다.

반면에, DC 브러쉬 모터는 감시용 카메라의 팬·틸트 속도를 조절할 수 있다는 장점은 있으나, 과부하 시에 모터 권선의 단선이 빈번하여서 수명이 짧은 단점과 단가 높은 단점을 지니고 있어서, 모터의 속도 제어가 반드시 필요한 경우를 제외하고는 팬·틸트 장치의 구동 모터로 사용되지 않는 경향이 있다. 표1에는 각종 소형 정밀 제어 모터의 특성을 비교하는 자료가 개시되어 있다.

CCTV 카메라용 팬·틸트 장치용 모터에 있어서 이의 속도 제어가 필요한 곳에서는 DC 모터를 사용할 수 밖에 없으므로 단가가 높아지게 되고, 더욱이 모터 수명 저하로 인하여 애프터서비스 처리가 반복되고 이용자 불편이 따르게 되었다.

또한, CCTV 카메라용 팬·틸트 장치의 팬 틸트 속도는 표준화각(35mm 필름카메라 기준 초점거리 50mm)에서 속도를 기준으로 제작되어 있으므로 카메라가 최소 화각(ZOOM IN) 상태(일반적으로 12배 줌)에서는 팬·틸트 속도가 너무 빨라 부드러운 팬·틸트가 요구되는 시스템에서 사용할 때 제어가 곤란하며 불편이 따른다.

다시 말해, 화면이 최대로 확대된 상태에서 팬·틸트를 동작하면 위치가 상대적으로 빠르게 이동하므로, 속도 제어가 되지 않는 시스템에서는 원하는 곳의 촬영에 대한 제어가 어렵게 되는 것이다. 그 결과, 고속 운전에 대한 제어보다는 저속 운전에 대한 제어가 요구되며 교류단상 콘덴서 모터의 특성에 있어 고속 제어에 있어서는 일반적으로 구동전원의 주파수가 75Hz보다 높을 경우 탈조 현상이 발생하여 정속성이 저하하고, 약 20Hz보다 낮을 경우 기동 토크 저하로 인하여 탈조되는 현상이 발생하게 된다.

따라서, 본 발명의 목적은 CCTV 감시용 카메라의 팬·틸트 운동을 제어하는데 있어서 정속성을 유지하면서 전술한 탈조 현상을 해결함으로써 안정적인 기동 토크를 확보할 수 있는 구동 모터 장치를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 주파수가 높은 경우(75Hz 이상)의 탈조 현상은 주권선과 보조권선의 간격보다 현저히 짧은 주파수가 공급되어 발생하는 현상으로 구조적인 변경이 필요하므로 고속운전의 최고속은 정속의 1.25배 속도(75Hz)가 되며, 저속운전의 최저속은 정속 시보다 3배 느린 1/3의 속도(20Hz)로 움직이게 되며, 또한 기동 토크 저하로 인한 탈조 현상의 방지를 위하여 주파수가 낮은 경우(20㎐∼ 60Hz)에 기동 토크가 저하되는 부분을 기동 시 최초 시작을 60 ㎐로 토크를 확보한 후 점차 목표 속도에 해당하는 주파수를 인가함으로써 안정된 기동 토크를 확보하는 것을 특징으로 한다. 또한, 이를 위하여 본 발명은 프로파일 기법을 적용한다.

이에, 본 발명은 이론적으로 정속성을 유지하고 있는 콘덴서 모터의 속도를 제어할 수 있는 장치이다. 일반적으로 콘덴서 모터는 50 ∼ 60㎐에서 어느 정도의 정속성을 유지하도록 제작되어 있는데, 본 발명에 따른 속도 제어 장치는 콘덴서 모터의 특징을 역으로 이용하여, 구동 주제어부(MCU)와 속도제어를 위한 PWM 또는 사인파 주파수 발생 회로를 이용하여 20Hz에서 75Hz로 주파수를 가변하여 발생하는 파형 발생 회로 또는 소프트웨어 알고리즘(FGU)과 과부하 시 권선의 역기전력을 아날로그 디지털 변환기(ADC)를 통하여 지속적으로 모니터링하는 과부하 전류 감지회로(OCD)를 이용하여 모터권선의 과부하를 방지하여 수명을 연장하는데 특징이 있으며, 추가적으로 교류 모터를 직류 전원을 공급하여 운전할 수 있도록 풀 브리지 (Full-Bridge, H-Bridge) 방식과 PWM 파형을 이용하여 구현하여 고효율과 저발열로 구현 할 수 있다.

도1a 및 도1b는 각각 종래기술에 따른 콘덴서 모터의 제어 구조와 본 발명에 다른 제어 구성 블록을 나타낸 도면이다. 도1a에 도시된 종래 기술은 50 ∼ 60㎐의 전원(50)에 대해 어느 정도의 정속성 유지를 위해 주권선(10)과 보조권선(20)으로 구성되어 있으며, 도1b의 본 발명은 구동 제어부(70)와 주파수 발생 회로부(90)를 이용하여 20㎐ ∼ 75㎐의 가변 주파수를 발생시키도록 하고 있다.

즉, 과부하 시에 권선의 역기전력을 전류 감지부(130)를 통해 감지하여 AD 변환기(100)를 거쳐 구동 제어부(70)에 신호를 피드백시켜서 풀 브릿지 구동부 (110)를 제어하게 된다.

도2는 본 발명에 따른 속도 제어 장치를 적용한 경우 저속 탈조 방지 구동 파형의 일 실시예를 나타낸 도면이다. 도2를 참조하면 60㎐ 에서 20㎐ 구간에서의 구동 파형이 도시되어 있다. 본 발명의 경우, 팬·틸트 급가속 방지 기능, 속도 곡선 입력 및 기억된 패턴에 따른 반복 팬·틸트 등이 가능하게 되므로 기존의 팬·틸트 제어보다 원할한 제어를 할 수 있으며, 기존 팬·틸트 장치에서는 절대 위치를 셋팅 할 수 없으나 본 장치는 과부하 전류 감지 회로의 역기전력 모니터링을 이용하여 상당히 정밀한 위치 제어에도 응용될 수 있다.

전술한 내용은 후술할 발명의 특허 청구 범위를 보다 잘 이해할 수 있도록 본 발명의 특징과 기술적 장점을 다소 폭넓게 개설하였다. 본 발명의 특허 청구 범위를 구성하는 부가적인 특징과 장점들은 이하에서 상술될 것이다. 개시된 본 발명의 개념과 특정 실시예는 본 발명과 유사 목적을 수행하기 위한 다른 구조의 설계나 수정의 기본으로 즉시 사용될 수 있음이 당해 기술 분야의 숙련된 사람들에 의해 인식되어야 한다.

또한, 본 발명에서 개시된 발명 개념과 실시예가 본 발명의 동일 목적을 수행하기 위하여 다른 구조로 수정하거나 설계하기 위한 기초로서 당해 기술 분야의 숙련된 사람들에 의해 사용되어질 수 있을 것이다. 또한, 당해 기술 분야의 숙련된 사람에 의한 그와 같은 수정 또는 변경된 등가 구조는 특허 청구 범위에서 기술한 발명의 사상이나 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변화, 치환 및 변경이 가능하다.

본 발명에 따른 속도 제어 장치는 콘덴서 모터의 과부하 상태에서 회전력으로 소모하지 못한 역전류를 ADC함으로써 상당히 정밀한 이동 각도를 포텐셔미터나 위치 검출장치(위치센서 등)를 이용하지 않고 적용 가능하게 한다. 이를 응용하면, 콘덴서 모터의 탈조 현상 자체를 인식할 수 있으므로 간이한 PID 제어에도 콘덴서 모터를 응용할 수 있다.

이와 비슷한 형태로는 교류 단상모터에 대한 인버터 운전 방식이 있으나 이는 모터의 극 수가 4극 이상인 표준 모터를 기준으로 제작되어 교류 단상콘덴서모터 와는 극수와 구동방식이 다르며, 단가 또한 높아 저렴하고 비교적 정속이 요구되지 않는 부분에서의 제어에는 본 방식이 단가면에서 유리하고 적용이 편리하여 속도제어를 요구하는 콘덴서 모터에 적용이 용이할 것으로 사료된다.

도1a 및 도1b는 각각 종래기술에 따른 콘덴서 모터의 제어 구조와 본 발명에 다른 제어 구성 블록을 나타낸 도면.

도2는 본 발명에 따른 속도 제어 장치를 적용한 경우 저속 탈조 방지 구동 파형의 일 실시예를 나타낸 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 주권선

20 : 보조권선

50 : 전원

70 : 구동 제어부

90 : 주파수 발생 회로부

100 : AD 변환기

110 : 풀 브릿지 구동부

130 : 전류 감지부

Claims

CCTV 감시용 카메라의 팬·틸트 동작 구동 교류 모터 장치에 있어서,

상기 구동 교류 모터 장치에 유도 결합되어 역기전력을 산출하는 전력 감지부(130)와;

상기 전류 감지부의 검출 역기전력을 아날로그-디지털 변환 데이터 처리하는 AD 변환기(100)와;

상기 AD 변환기의 데이터를 입력받아 모터 구동 제어 신호를 생성하는 구동 제어부(70);

상기 구동 제어부(70)의 제어 신호에 따라 20 ∼ 75㎐로 주파수를 가변하여 파형을 발생시키는 주파수 발생 회로부(90);

상기 구동 제어부(70)와 상기 주파수 발생 회로부(90)의 신호를 받아 모터를 구동하는 모터 구동부(110)

를 포함하는 모터 속도 제어 장치를 구비한 모터 장치.
제1항에 있어서, 상기 모터 구동부(110)는 풀 브릿지 또는 H-브릿지 구동 방식의 구동 장치를 포함하는 모터 장치.
제1항에 있어서, 상기 주파수 발생 회로부(90)는 정현파 발생 회로 또는 PWM 방식의 펄스 변조 회로를 포함하는 모터 장치.