KR20080019105A - Apparatus and method for monitoring operating of synchronous electric motor - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 전형적인 동기 전동기의 평면도,1 is a plan view of a typical synchronous motor,
도 2는 종래의 운전 모니터링 장치를 구비한 전형적인 동기 전동기 구동 장치의 블록 구성도,2 is a block diagram of a typical synchronous motor drive device having a conventional driving monitoring device;
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 운전 모니터링 장치를 구비한 동기 전동기 구동 장치의 블록 구성도,3 is a block diagram of a synchronous motor driving apparatus including a driving monitoring apparatus according to a preferred embodiment of the present invention;
도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따라 동기 전동기를 운전할 때 그 운전 상태를 모니터링하는 과정을 도시한 순서도,4 is a flowchart illustrating a process of monitoring a driving state when a synchronous motor is driven according to a preferred embodiment of the present invention;
도 5a는 여자 코일로부터 출력되는 역기전력의 사인파 파형을, 5b는 사인파 파형을 구형파 펄스로 정형한 펄스 파형을 도시한 도면.5A is a sine wave waveform of counter electromotive force output from an excitation coil, and 5B is a pulse waveform obtained by shaping a sine wave waveform into a square wave pulse.
<도면의 주요 부호에 대한 간략한 설명><Brief description of the major symbols in the drawings>
302 : 제어 블록 304 : 전원 공급 블록302: control block 304: power supply block
306 : 제 1 스위칭 소자 308 : 제 2 스위칭 소자306: first switching element 308: second switching element
310 : 메인 코일 312 : 스위칭 블록310: main coil 312: switching block
314 : 여자 코일 316 : 센서314: excitation coil 316: sensor
318 : 파형 정형 블록 320 : 메인 제어 블록318: waveform shaping block 320: main control block
본 발명은 동기 전동기(synchronous electric motor)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 여자 폴과 다수의 투스가 형성된 고정자와 자성체가 형성된 회전자로 된 동기 전동기의 운전 상태를 모니터링하는데 적합한 운전 모니터링 장치 및 그 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a synchronous electric motor, and more particularly, to an operation monitoring apparatus and method suitable for monitoring an operating state of a synchronous motor including an excitation pole, a stator with a plurality of teeth, and a rotor with a magnetic body. It is about.
잘 알려진 바와 같이, WPM(written pole motor) 등과 같은 전형적인 동기 전동기는 입력 주파수와 회전 주파수를 동기시키는 방식으로 회전력을 발생하는 것으로, 이러한 동기 전동기의 일 예로서는 도 1에 도시된 바와 같은 형태의 것이 있으며, 에어컨, 냉장고 등의 가전제품용 전동기로서 주로 사용되고 있다.As is well known, a typical synchronous motor, such as a written pole motor (WPM), generates a rotational force by synchronizing an input frequency with a rotational frequency. An example of such a synchronous motor includes a type as shown in FIG. It is mainly used as an electric motor for home appliances, such as an air conditioner and a refrigerator.
도 1을 참조하면, 전형적인 동기 전동기는, 크게 구분해 볼 때, 고정자(102)와 회전자(112)로 구성되며, 고정자(102)에는 그 내벽 측(즉, 회전자(112)와 대향하는 측)에 하나의 여자 폴(104)과 다수의 투스(tooth)(108)가 형성되는데, 여자 폴(104)과 각 투스(108)들은 고정자(102)의 내벽을 따라 원주 방향으로 일정 간격을 두고 돌출 형성되는 구조를 갖는다. 이러한 구조의 동기 전동기는 내부 로터(inner rotor) 방식이라 하며, 여자 폴(104)은 연질의 저손실 자성체이다.Referring to FIG. 1, a typical synchronous motor, which is roughly divided into a
그리고, 고정자(102)의 여자 폴(104)에는 여자 코일(106)이 일정 방향에 따라 권선되어 있으며, 고정자(102)의 각 투스(108)들에는 메인 코일(110)이 일정 방향에 따라 권선되어 있다. 여기에서, 여자 코일(106)과 메인 코일(110)에는 각각 여자 전류와 구동 전류가 공급됨으로써, 도체(116) 및 자성체(118)와의 상호 작용(자장)에 의해 회전자(112)를 회전시키는 토크를 발생시키게 된다.In addition, an
한편, 회전자(112)는 그 중심에 회전자(112)의 회전력을 전달하는 샤프트(114)가 고정 장착되어 있으며, 그 외주 변을 따라 일정 두께의 자성체(118)가 고정 장착되어 있다. 이러한 자성체(118)는, 예컨대 일정한 모양으로 조각난 형태의 자성 조작을 맞붙여 회전자의 외측에 링 형상으로 장착될 수 있으며, 동기 전동기의 작동 중에 여자기에 의해 재자화할 수 있는 정도의 고 보자력을 갖는 고 에너지의 페라이트 세라믹 자성체 혹은 고 에너지의 희토류 자성체 등을 이용할 수 있다.On the other hand, the
또한, 회전자(112)의 내부, 즉 샤프트(114)와 외주 변을 따라 고정 장착된 자성체(118) 사이에는 일정한 간격으로 이격되는 구조의 도체(116)들이 형성되어 있으며, 이러한 도체(116)들은 회전자(112)의 초기 구동을 위한 스타트 토크를 발생시키는데 이용된다.In addition, the
따라서, 상술한 바와 같은 구조를 갖는 전형적인 동기 전동기는 초기 구동시에 고정자(102)의 각 투스(108)에 권선된 메인 코일(110)에 구동 전류를 공급하여 구동 토크를 발생시킴으로서 회전자(112)의 초기 회전을 유도하고, 이후 여자 폴(104)에 권선된 여자 코일(106)에 여자 전류를 공급함으로서 재자화 가능한 자성체(118)를 착자시키며, 자성체(118)의 착자가 완료될 때 여자 코일(106)로의 전류 공급을 차단하여 메인 코일(110)로 공급되는 구동 전류를 통해 구동하는 방식이다.Thus, a typical synchronous motor having the structure as described above, the
도 2는 상술한 바와 같은 구조를 갖는 전형적인 동기 전동기를 구동하는 종 래의 구동 장치, 즉 종래의 운전 모니터링 장치를 구비한 전형적인 동기 전동기 구동 장치의 블록 구성도로서, 제어 블록(202), 전원 공급 블록(204), 제 1 스위칭 소자(206), 제 2 스위칭 소자(208), 메인 코일(210), 여자 코일(212), 제 1 센서(214), 제 2 센서(216) 및 메인 제어 블록(218) 등을 포함한다.FIG. 2 is a block diagram of a conventional driving device for driving a typical synchronous motor having a structure as described above, that is, a typical synchronous motor driving device having a conventional driving monitoring device, and a
이때, 상술한 바와 같은 구성의 동기 전동기 구동 장치에 있어서, 실질적으로 운전 모니터링 장치를 구성하는 구성부재로서는, 여자 코일(212)을 통해 공급되는 여자 전류에 의해 회전자(112)의 자성체(118)가 완전 착자되어 동기 전동기의 회전자(112)가 정상적인 운전 상태를 유지할 때 그 회전 속도(회전 rpm)를 검출하는 제 2 센서(216)와 제 2 센서(216)에서 검출한 회전 속도에 의거하여 동기 전동기가 기 설정된 목표 rpm으로 정상적으로 운전되고 있는지의 여부를 체크하여 그 결과를 모니터(도시 생략)로 제공하는 메인 제어 블록(218)을 들 수 있다.At this time, in the synchronous motor drive device having the above-described configuration, as a constituent member constituting the operation monitoring device, the
도 2를 참조하면, 초기 구동시에 라인 L21 및 L23을 통해 제어 블록(202)으로부터 각각 제공되는 스위칭 제어신호(온 제어신호 또는 오프 제어신호)에 따라 제 1 스위칭 소자(206)는 온 상태가 되고 제 2 스위칭 소자(208)는 오프 상태를 유지하게 되며, 그 결과 전원 공급 블록(204)으로부터 출력되는 전류는 여자 코일(212)에는 공급되지 않고 메인 코일(210)로만 공급된다.Referring to FIG. 2, the
여기에서, 메인 코일(210)은, 일 예로서 도 1에 도시된 바와 같은 고정자(102)의 각 투스(108)에 권선되어 자신에게 공급되는 구동 전류에 의거하여 회전자(112)를 구동시키는 기능을 수행한다. 따라서, 고정자(102)의 각 투스(108)에 권선된 메인 코일(210)과 도 1에 도시된 회전자(112)의 도체(116)간에 발생하는 유기 전력에 의한 구동(스타팅) 토크에 의거하여 회전자(112)가 회전하게 된다.Here, the
이후, 기 설정된 적절한 시점(예컨대, 메인 코일에 초기 구동 전류를 공급한 후로부터 수 내지 수십 ㎜초)에 라인 L23을 통해 제어 블록(202)으로부터 제공되는 스위칭 제어신호에 응답하여 제 2 스위칭 소자(208)가 온 됨으로써 여자 코일(212)에 여자 전류가 공급되며, 그 결과 자기 여자 장이 발생하게 됨으로써 회전자(112)의 자성체(118)가 착자(N/S 교번 착자)된다.Thereafter, the second switching element (in response to the switching control signal provided from the
여기에서, 여자 코일(212)은, 일 예로서 도 1에 도시된 바와 같은 여자 폴(104)에 권선되어 자신에게 공급되는 여자 전류(구형파 구동 전류)에 의거하여 회전자(112)의 외측, 예컨대 접착 방식 등으로 회전자(112)의 외측에 고정된 자성체(118)를 착자(N/S 교번 착자)시키는 기능을 수행한다.Here, the
이때, 제 1 센서(214)에서는 회전자(112)의 동기 전동기의 회전 주파수(회전 rpm)를 검출하여 제어 블록(202)으로 제공하는데, 제어 블록(202)에서는 회전 주파수가 동기속도의 대략 70 내지 80% 정도가 될 때 회전자(112)의 자성체(118)가 완전 착자된 것으로 판단하여 그에 상응하는 스위칭 제어신호(오프 제어신호)를 발생하여 라인 L23을 통해 제 2 스위칭 소자(208)로 전달하며, 그 결과 제 2 스위칭 소자(208)가 오프 됨으로써 여자 코일(212)로의 전원 공급이 차단된다.At this time, the
따라서, 이후에는 제 1 스위칭 소자(206)를 통해 고정자(102)의 각 투스(108)에 각각 권선된 메인 코일(210)로 공급되는 전원(구동 전류)에 의하여 전동기가 구동(즉, 회전자(112)가 회전)된다.Therefore, after that, the motor is driven by the power (drive current) supplied to the
한편, 상술한 바와 같은 일련의 제어 과정을 통해 회전자의 자성체가 완전 착자되어 회전자가 회전, 즉 동기 전동기가 운전될 때, 제 2 센서(216)에서는 회전자의 회전 속도를 검출하며, 여기에서 검출된 동기 전동기의 회전 속도를 메인 제어 블록(218)으로 전달한다. 여기에서, 제 2 센서(216)는 동기 전동기의 특정 위치에 장착되어 그 회전 속도를 검출하는 스피드 센서이다.On the other hand, when the magnetic material of the rotor is completely magnetized through a series of control processes as described above, when the rotor rotates, that is, the synchronous motor is driven, the
이에 응답하여, 메인 제어 블록(218)에서는 제 2 센서(216)로부터 전달되는 회전 rpm과 기 설정되어 내부 메모리에 저장되어 있는 목표 rpm(허용 오차 범위 포함)을 비교함으로써 동기 전동기의 운전 상태가 정상 운전 상태인지 혹은 비정상 운전 상태인지를 체크하며, 그 체크 결과(정상 운전 상태 혹은 비정상 운전 상태)를 도시 생략된 모니터 측으로 전달하여 디스플레이시킨다. 따라서, 사용자(작업자)는 모니터를 통해 디스플레이되는 체크 결과를 보고 해당 동기 전동기가 정상적인 운전을 하고 있는지의 여부를 판단 및 확인(모니터링)할 수 있을 것이다.In response, the
여기에서, 메인 제어 블록(218)은, 예컨대 마이크로프로세서 등으로 구성되어 동기 전동기의 전반적인 동작 제어를 수행, 예컨대 메인 코일(210)과 여자 코일(212)로의 전원 공급을 선택 제어하는 제어 블록(202)에서의 동작 등에 대한 제어를 수행한다.Here, the
그러나, 상술한 바와 같이 스피드 센서를 이용하여 동기 전동기의 회전 속도를 검출하고, 이 검출 결과에 의거하여 동기 전동기의 운전 상태를 모니터링하는 종래의 구동 장치는, 동기 전동기의 회전 속도 검출을 위해 별도의 스피드 센서를 장착해야만 하기 때문에 동기 전동기의 하드웨어적인 구조가 복잡해지는 문제가 있으며, 이러한 문제는 결국 동기 전동기의 제작 공수의 증가 및 제작 원가의 상승을 초래하는 문제로 귀결되고 있는 실정이다.However, the conventional drive device which detects the rotational speed of the synchronous motor using the speed sensor as described above, and monitors the operating state of the synchronous motor based on the detection result, is a separate method for detecting the rotational speed of the synchronous motor. Since the speed sensor must be installed, the hardware structure of the synchronous motor becomes complicated, and this problem eventually leads to an increase in manufacturing man-hours and an increase in manufacturing cost of the synchronous motor.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 동기 전동기의 회전 속도 검출을 위한 하드웨어적인 수단을 채용함이 없이 여자 코일로부터 발생하는 역기전력을 이용하여 동기 전동기의 회전 속도를 검출할 수 있는 동기 전동기의 운전 모니터링 장치 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention is to solve the above problems of the prior art, it is possible to detect the rotational speed of the synchronous motor by using the counter electromotive force generated from the excitation coil without employing a hardware means for detecting the rotational speed of the synchronous motor It is an object of the present invention to provide an apparatus and a method for monitoring the operation of a synchronous motor.
본 발명의 다른 목적은 여자 코일로부터 발생하는 역기전력을 이용하여 동기 전동기의 회전 속도를 검출함으로써 동기 전동기의 하드웨어적인 구조 간소화를 실현할 수 있는 동기 전동기의 운전 모니터링 장치 및 그 방법을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide an apparatus and a method for monitoring operation of a synchronous motor capable of realizing a simplified hardware structure of the synchronous motor by detecting the rotational speed of the synchronous motor using the counter electromotive force generated from the exciting coil.
상기 목적을 달성하기 위한 일 관점에 따른 본 발명은, 여자 코일이 권선된 적어도 하나의 여자 폴과 메인 코일이 각각 권선된 다수의 투스가 장착된 고정자와 전원 공급원으로부터 상기 여자 코일을 통해 공급되는 여자 전류에 의해 선택적으로 착자되는 자성체가 형성된 회전자를 갖는 동기 전동기의 운전을 모니터링하는 장치로서, 상기 자성체의 착자 상태를 모니터링하며, 상기 자성체의 정상 착자가 감지될 때 상기 여자 코일로부터 발생하는 역기전력의 출력을 선택 스위칭하기 위한 선택신호를 발생하는 수단과, 상기 전원 공급원과 여자 코일 사이에 설치되며, 상기 발생된 선택신호에 응답하여 상기 역기전력의 출력을 스위칭하는 스위칭 수단과, 상기 스위칭 수단을 통해 출력되는 상기 역기전력의 파형을 펄스 파형으로 정형하는 펄스 정형 수단과, 상기 정형된 펄스 파형을 카운트하여 카운트 값을 발생하는 수단과, 상기 발생된 카운트 값에 의거하여 상기 동기 전동기의 회전 속도를 산출하고, 이 산출된 회전 속도에 의거하여 상기 동기 전동기의 운전 상태를 모니터링하는 수단을 포함하는 동기 전동기의 운전 모니터링 장치를 제공한다.The present invention according to one aspect for achieving the above object, the excitation coil is supplied through the excitation coil from the power supply and the stator equipped with a plurality of teeth each winding the excitation coil and the main coil is wound A device for monitoring the operation of a synchronous motor having a rotor having a magnetic body selectively magnetized by an electric current, the apparatus for monitoring the magnetization state of the magnetic body, and when the normal magnetization of the magnetic body is detected, Means for generating a selection signal for selective switching of an output, a switching means provided between the power supply source and the excitation coil, for switching the output of the counter electromotive force in response to the generated selection signal, and an output through the switching means. Pulse shaping to shape a waveform of the counter electromotive force into a pulse waveform Means for counting the shaped pulse waveform to generate a count value, and calculating the rotational speed of the synchronous motor based on the generated count value, and operating state of the synchronous motor based on the calculated rotational speed. It provides a driving monitoring apparatus of a synchronous motor comprising a means for monitoring.
상기 목적을 달성하기 위한 다른 관점에 따른 본 발명은, 여자 코일이 권선된 적어도 하나의 여자 폴과 메인 코일이 각각 권선된 다수의 투스가 장착된 고정자와 전원 공급원으로부터 상기 여자 코일을 통해 공급되는 여자 전류에 의해 선택적으로 착자되는 자성체가 형성된 회전자를 갖는 동기 전동기의 운전을 모니터링하는 방법으로서, 상기 자성체의 정상 착자가 검출될 때, 상기 여자 코일에서 발생하는 사인파의 역기전력을 검출하는 과정과, 상기 검출된 역기전력의 파형을 정형하여 구형파 펄스로 변환하는 과정과, 상기 변환된 구형파 펄스를 카운트하는 과정과, 상기 카운트 결과값에 의거하여 상기 동기 전동기의 회전 속도를 산출하는 과정과, 상기 산출된 회전 속도에 의거하여 상기 동기 전동기의 운전 상태를 모니터링하는 과정을 포함하는 동기 전동기의 운전 모니터링 방법을 제공한다.According to another aspect to achieve the above object, the present invention provides an excitation supplied through the excitation coil from a power supply and a stator equipped with at least one excitation pole wound with an excitation coil and a plurality of teeth wound with a main coil, respectively. A method for monitoring the operation of a synchronous motor having a rotor having a magnetic body selectively magnetized by an electric current, the method comprising: detecting a counter electromotive force of a sine wave generated in the exciting coil when a normal magnetization of the magnetic body is detected; Shaping the detected counter electromotive force waveform into a square wave pulse; counting the converted square wave pulse; calculating a rotation speed of the synchronous motor based on the count result; Monitoring the operating state of the synchronous motor based on speed; It provides a way to monitor operation of the synchronous motor.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
먼저, 본 발명의 핵심 기술요지는, 동기 전동기에 스피드 센서를 장착하고 이를 통해 동기 전동기의 회전 속도를 검출하여 운전 상태를 모니터링하는 전술한 종래 방식과는 달리, 고정자의 여자 폴에 권선된 여자 코일로부터 발생하는 사인파의 역기전력을 스위칭하여 외부로 출력하고 이 출력되는 역기전력을 구형파 펄스로 정형한 후 그 펄스 값을 카운트하여 동기 전동기의 회전 속도를 검출하고, 이 검출 결과에 의거하여 동기 전동기의 운전 상태를 모니터링한다는 것으로, 이러한 기술적 수단을 통해 본 발명에서 목적으로 하는 바를 쉽게 달성할 수 있다.First, a key technical aspect of the present invention, unlike the above-described conventional method of mounting a speed sensor to the synchronous motor and thereby detecting the rotational speed of the synchronous motor to monitor the driving state, the exciting coil wound on the excitation pole of the stator Switches back electromotive force of sine wave generated from the outside and outputs the outside electromotive force by shaping square wave pulse, and counts the pulse value to detect rotation speed of synchronous motor, and based on the detection result, operation state of synchronous motor By monitoring this, it is possible to easily achieve the object of the present invention through this technical means.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 운전 모니터링 장치를 구비한 동기 전동기 구동 장치의 블록 구성도로서, 제어 블록(302), 전원 공급 블록(304), 제 1 스위칭 소자(306), 제 2 스위칭 소자(308), 메인 코일(310), 스위칭 블록(312), 여자 코일(314), 센서(316), 파형 정형 블록(318) 및 메인 제어 블록(320) 등을 포함한다.3 is a block diagram of a synchronous motor driving apparatus including a driving monitoring apparatus according to a preferred embodiment of the present invention, the
이때, 상술한 바와 같은 구성의 동기 전동기 구동 장치에 있어서, 실질적으로 본 발명의 운전 모니터링 장치를 구성하는 구성부재로서는, 여자 코일(314)을 통해 공급되는 여자 전류에 의해 회전자(112)의 자성체(118)가 완전 착자되는 시점(예컨대, 동기 속도의 대략 70 내지 80% 정도의 시점)에 스위칭 절환신호에 의거하여 여자 코일(314)에서 발생하는 역기전력을 외부로 출력하는 스위칭 블록(312), 파형 정형 블록(318) 및 메인 제어 블록(320)을 들 수 있다. 이들 구성부재의 각 기능에 대해서는 후에 상세하게 기술될 것이다.At this time, in the synchronous motor driving apparatus having the above-described configuration, as a constituent member of the driving monitoring apparatus of the present invention, the magnetic body of the
도 3을 참조하면, 제어 블록(302)은, 메인 제어 블록(320)으로부터의 제어에 따라 메인 코일(310)과 여자 코일(314)로의 전원 공급을 선택 제어하는 제어 칩 등인 것으로, 메인 제어 블록(320)으로부터의 제어신호, 각종 감지신호 등에 응답하여 전원 공급의 온/오프 제어, 전류 출력의 스위칭 제어 등의 기능을 수행, 즉 전원 공급을 위한 제어신호를 발생하여 전원 공급 블록(304)으로 제공하고, 전원 공급 블록(304)에서의 전원 출력(즉, 구동 전류 출력, 여자 전류 출력)을 스위칭하기 위한 온/오프 스위칭 제어신호를 각각 발생하여 라인 L31 및 L33을 통해 제 1 및 제 2 스위칭 소자(306, 308)에 각각 제공하는 등의 기능을 수행한다.Referring to FIG. 3, the
또한, 제어 블록(302)은 후술하는 센서(316)로부터 제공되는 회전 주파수(회전 rpm), 즉 회전자의 회전 주파수가 기 설정된 목표 동기속도, 예컨대 동기속도의 대략 70 내지 80% 정도가 되는지의 여부를 체크하고, 검출된 회전 주파수가 동기속도의 기 설정된 목표 동기속도에 도달할 때 라인 L35를 통해 스위칭 선택신호를 발생하여 스위칭 블록(312)으로 제공함으로써, 여자 코일(314)에서 발생하는 역기전력이 후술하는 파형 정형 블록(318)으로 출력되도록 제어하는 기능 등을 수행한다.In addition, the
다음에, 전원 공급 블록(304)은, AC 전원 공급을 선택적으로 제공하여 동기 전동기에 구동 동력(전원)을 제공하는 것으로, 제어 블록(302)으로부터 전원 공급 제어신호가 인가될 때 그에 응답하여 출력단자를 통해 AC 전원을 출력하며, 여기에서 출력되는 전류는 제 1 및 제 2 스위칭 소자(306, 308) 측으로 각각 전달된다.Next, the
한편, 제 1 스위칭 소자(306)는, 라인 L31을 통해 제어 블록(302)으로부터 제공되는 스위칭 제어신호에 응답하여 온/오프 스위칭 됨으로써, 메인 코일(310)에 구동 전류를 선택적으로 공급하는 스위칭 소자인 것으로, 이러한 스위칭 소자로서는, 예컨대 트랜지스터, 릴레이 등이 이용될 수 있다.Meanwhile, the
여기에서, 메인 코일(310)은, 일 예로서 도 1에 도시된 바와 같은 고정자(102)의 각 투스(108)에 권선되어 자신에게 공급되는 구동 전류에 의거하여 회전자(112)를 구동시키는 기능을 수행한다.Here, the
또한, 제 2 스위칭 소자(308)는, 라인 L33을 통해 제어 블록(302)으로부터 제공되는 스위칭 제어신호에 응답하여 온/오프 스위칭 됨으로써, 회전자(112)에 형성된 자성체 착자용의 여자 전류를 선택 출력하여 스위칭 블록(312)의 일측 가변접점(b)으로 제공하며, 회전자(112)의 자성체(118)가 완전 착자된 시점에 라인 L33을 통해 제어 블록(302)으로부터 제공되는 오프 스위칭 제어신호에 의거하여 오프 상태로 절환된다. 이러한 제 2 스위칭 소자(308)로서는, 제 1 스위칭 소자(306)에서와 마찬가지로, 트랜지스터, 릴레이 등이 이용될 수 있다.In addition, the
다음에, 스위칭 블록(312)은, 예컨대 2방향성 출력 접점을 갖는 릴레이 등 인 것으로, 그 출력이 여자 코일(314)에 접속되는 하나의 고정접점(a)과 두 개의 가변접점, 즉 제 2 스위칭 소자(308)의 출력에 접속되는 가변접점(b)과 파형 정형 블록(318)의 입력에 접속되는 가변접점(c)을 포함하며, 이러한 스위칭 블록(312)은, 라인 L35를 통해 제어 블록(302)으로부터 제공되는 스위칭 선택신호에 응답하여, 여자 코일(314)로 여자 전류를 공급할 경우에는 접점 a-b가 접속되고, 회전자(112)의 자성체(118)가 완전 착자된 시점에서 접점 a-c가 접속되는데, 이러한 접점 a-c의 접속을 통해 여자 코일(314)에서 발생하는 사인파(일 예로서 도 5a에 도시된 바와 같은 사인파)의 역기전력이 파형 정형 블록(318)으로 출력된다.Next, the
여기에서, 여자 코일(314)은, 일 예로서 도 1에 도시된 바와 같은 고정자(102)의 여자 폴(104)에 권선되어 자신에게 공급되는 여자 전류에 의거하여 회전자(112)의 외측, 예컨대 접착 방식 등으로 회전자(112)의 외측에 고정된 자성체(118)를 착자시키는 기능을 수행한다. 즉, 여자 코일(314)은 자기 여자 장을 발생시키는 착자 코일로서 기능한다. 이때, 착자라 함은 자성체가 여자 전류에 의해 자화되는 것을 의미하며, 자성체가 자화를 잃게 될 때 이를 탈자라 한다. 이러한 자성체(118)는, 예컨대 일정한 모양으로 조각난 형태의 자성 조작을 맞붙여 회전자의 외측에 링 형상으로 장착될 수 있으며, 동기 전동기의 작동 중에 여자기에 의해 재자화할 수 있는 정도의 고 보자력을 갖는 고 에너지의 페라이트 세라믹 자성체 혹은 고 에너지의 희토류 자성체 등을 이용할 수 있다. 또한, 여자 폴(104)은 연질의 저손실 자성체이다.Here, the
또한, 센서(316)는, 도 1에 도시된 회전자(112)의 회전수를 검출하여 이를 회전 주파수로서 발생하여 제어 블록(302)으로 제공하는 것으로, 제어 블록(302)에서는 이러한 센서(316)로부터 제공되는 회전 주파수에 의거하여 여자 코일(314)로의 전원 공급 차단 여부(즉, 제 2 스위칭 소자(308)의 온/오프 제어 여부)를 결정하게 된다.In addition, the
한편, 파형 정형 블록(318)은 회전자(112)의 회전에 의해 여자 코일(314)에서 발생하여 스위칭 블록(312)의 접점 a-c를 통해 출력되는 역기전력의 파형을 정형, 즉 일 예로서 도 5a에 도시된 바와 같은 사인파 파형을 도 5b에 도시된 바와 같은 구형파 펄스로 정형하는 것으로, 이와 같이 파형 정형된 구형파 펄스는 메인 제어 블록(320)으로 전달된다.On the other hand, the
다음에, 메인 제어 블록(320)은, 예컨대 마이크로프로세서 등으로 구성되어 동기 전동기의 전반적인 동작 제어를 수행하는 것으로, 본 발명의 실현을 위해, 내장된 카운터를 이용(혹은 소프트웨어적으로)하여 파형 정형 블록(318)으로부터 제공되는 구형파 펄스를 카운트하고, 이 펄스 카운트 값에 의거하여 동기 전동기의 회전 속도를 산출하며, 이 산출된 회전 속도와 기 설정되어 내부 메모리에 저장되어 있는 목표 rpm(허용 오차 범위 포함)을 비교함으로써 동기 전동기의 운전 상태가 정상 운전 상태인지 혹은 비정상 운전 상태인지를 판단하고, 그 판단 결과(정상 운전 상태 혹은 비정상 운전 상태)를 외부에 시청각적으로 알리기 위해 도시 생략된 모니터와 경보기로 각각 출력하는 등의 기능을 수행한다.Next, the
예컨대, 산출된 동기 전동기의 회전 속도가 기 설정된 목표 회전 속도(오차 허용 범위 포함)를 벗어난 것으로 판단될 때, 메인 제어 블록(320)에서는 비정상 상태(이상 상태)의 운전임을 작업자가 인지할 수 있도록 모니터로의 디스플레이를 위한 경보 메시지(시각 경보 메시지)를 생성하여 모니터 측으로 전달하고, 도시 생략된 경보기에서 비정상 상태 운전임을 경고하는 단속음 등을 발생하도록 제어한다.For example, when it is determined that the calculated rotational speed of the synchronous motor is out of a predetermined target rotational speed (including an error tolerance range), the
따라서, 본 발명의 경우, 동기 전동기를 제작한 후 그 운전 성능을 테스트하거나 하는 경우에 적용하여 동기 전동기의 운전 성능 테스트를 자동으로 실현하는데 활용할 수도 있을 것이다.Therefore, in the case of the present invention, the driving performance of the synchronous motor may be automatically applied to the case where the synchronous motor is manufactured and then the driving performance is tested.
한편, 본 발명의 바람직한 실시 예에서는, 설명의 편의와 이해의 증진을 위해, 파형 정형 블록(318)과 메인 제어 블록(320)을 별도의 구성부재로서 기재하였으나, 본 발명이 별도 구성부재로 한정되는 것은 아니며, 필요 또는 용도에 따라 이들 두 구성부재를 하나의 원칩 프로세서로서 구성할 수 있음은 물론이다.On the other hand, in the preferred embodiment of the present invention, the
다음에, 상술한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명의 동기 전동기 구동 장치를 이용하여 운전 상태를 모니터링하는 일련의 과정에 대해 설명한다.Next, a series of processes for monitoring the operation state by using the synchronous motor drive device of the present invention having the above-described configuration will be described.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따라 동기 전동기를 운전할 때 그 운전 상태를 모니터링하는 과정을 도시한 순서도이다.4 is a flowchart illustrating a process of monitoring a driving state of a synchronous motor according to a preferred embodiment of the present invention.
도 4를 참조하면, 동기 전동기가 대기 모드를 수행하는 중에 작업자가 동기 전동기의 구동을 조작하면(단계 402, 404), 메인 제어 블록(320)에서는 그에 상응하는 전동기 스타트를 위한 제어신호를 발생하여 제어 블록(302)으로 전달하고, 이에 응답하여 제어 블록(302)에서 라인 L31을 통해 온 스위칭 제어신호를 발생함으로써 제 1 스위칭 소자(306)를 통해 메인 코일(310)로 전원이 공급되어 회전자가 회전되며, 일정 시차를 두고 다시 라인 L33을 온 스위칭 제어신호를 발생함으로써 제 2 스위칭 소자(308)와 스위칭 블록(312)의 접점 b-a를 통해 여자 코일(314)로 여자 전류가 공급된다(단계 406).Referring to FIG. 4, when an operator operates driving of the synchronous motor while the synchronous motor performs the standby mode (
이때, 센서(316)에서는 회전자(112)의 회전 주파수(회전 rpm)를 검출하여 제어 블록(302)으로 제공하는데, 제어 블록(302)에서는 센서(316)로부터 제공되는 회전 주파수에 의거하여 회전자(112)의 자성체(118)가 완전 착자 되었는지의 여부를 체크한다(단계 408). 여기에서, 제어 블록(302)은, 예를 들면 회전 rpm이 기 설정된 동기 속도의 대략 70 내지 80% 정도일 때를 자성체(118)의 착자 완료 시점으로 결정하도록 설정할 수 있다.At this time, the
상기 단계(408)에서의 체크 결과, 회전자(112)의 자성체(118)가 완전 착자된 것으로 판단되면, 제어 블록(302)에서는 라인 L35 상에 스위칭 선택신호를 발생하며, 그 결과 스위칭 블록(312)의 접속 상태가 접점 a-b에서 접접 a-c 상태로 절환됨으로써, 여자 코일(314)에서 발생하는 사인파의 역기전력이 스위칭 블록(312)의 접접 a-c를 통해 파형 정형 블록(318)으로 출력된다(단계 410). 이 시점에서 제 2 스위칭 소자(308)는 라인 L33을 통해 제어 블록(302)으로부터 제공되는 오프 스위칭 제어신호에 의거하여 오프 상태로 절환된다.As a result of the check in
이에 응답하여, 파형 정형 블록(318)에서는, 일 예로서 도 5a에 도시된 바와 같은 사인파의 역기전력을, 일 예로서 도 5b에 도시된 바와 같은 구형파 펄스로 정형하여 메인 제어 블록(320)으로 전달한다(단계 412).In response, at the
따라서, 메인 제어 블록(320)에서는 구형파 펄스를 카운트하여 얻은 카운트 값에 의거하여 동기 전동기의 회전 속도를 산출하고(단계 414, 416), 이 산출된 회전 속도와 기 설정되어 내부 메모리에 저장되어 있는 목표 rpm(허용 오차 범위 포함)을 비교함으로써 동기 전동기의 운전 상태가 정상인지의 여부를 체크한다(단계 418). 예컨대, 메인 제어 블록(320)에서는 산출된 회전 속도가 오차 허용 범위를 갖는 기 설정된 목표 rpm 범위 이내일 때 동기 전동기의 운전 상태가 정상인 것으로 판단하고, 산출된 회전 속도가 기 설정된 목표 rpm 범위를 벗어날 때 동기 전동기의 운전 상태가 비정상인 것으로 판단한다.Therefore, the
상기 단계(418)에서의 체크 결과, 산출된 회전 속도가 기 설정된 목표 rpm 범위 이내일 때 메인 제어 블록(320)에서는 동기 전동기가 정상 운전 상태인 것으로 판단하여, 그에 상응하는 시각적인 안내 메시지를 발생하여 도시 생략된 모니터 측으로 전달하여 디스플레이하고, 또한 정상 상태임을 청각적으로 알리기 위한 안내음의 발생을 위한 제어신호를 발생하여 도시 생략된 경보기 측으로 전달한다(단계 420).As a result of the check in the
따라서, 작업자는 모니터와 경보기를 통해 시청각적으로 출력되는 안내 메시지, 즉 동기 전동기의 운전이 정상 상태임을 인지할 수 있게 될 것이다.Therefore, the operator will be able to recognize that the guidance message output through the monitor and alarm, that is, the operation of the synchronous motor is in a normal state.
한편, 상기 단계(418)에서의 체크 결과, 산출된 회전 속도가 기 설정된 목표 rpm 범위를 벗어날 때 메인 제어 블록(320)에서는 동기 전동기가 비정상 운전 상태인 것으로 판단하여, 그에 상응하는 시각적인 경보 메시지를 발생하여 도시 생략된 모니터 측으로 전달하여 디스플레이하고, 또한 비정상 상태임을 청각적으로 알리기 위한 경보음(예컨대, 단속음 등)의 발생을 위한 제어신호를 발생하여 도시 생략된 경보기 측으로 전달한다(단계 422).Meanwhile, as a result of the check in the
따라서, 작업자는 모니터와 경보기 등으로부터 제공되는 시청각적인 경보 메시지(즉, 동기 전동기의 운전 상태가 비정상임을 알리는 경보 메시지)를 통해 해당 동기 전동기의 운전 상태가 비정상임을 인식할 수 있으며, 그에 대한 후속조치(고장 수리 등) 등의 준비할 수 있을 것이다.Therefore, the operator can recognize that the operating state of the synchronous motor is abnormal through an audiovisual alarm message (that is, an alarm message indicating that the operating state of the synchronous motor is abnormal) provided from the monitor and the alarm, and follow up therefor. You will be able to prepare for such troubles.
한편, 본 발명의 바람직한 실시 예에서는 고정자에 단지 하나의 여자 폴을 구비하는 것으로 하여 설명하였으나, 이것은 단지 설명의 편의를 위한 예시적인 제시일 뿐 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 필요 또는 용도에 따라 고정자에 다수의 여자 폴을 구성할 수도 있음은 물론이며, 이 경우 다수의 여자 폴은 짝수 개로 하여 서로 대향하는 방향으로 장착하는 것이 바람직할 것이다.On the other hand, in the preferred embodiment of the present invention has been described as having only one excitation pole in the stator, this is merely an illustrative presentation for convenience of description and the present invention is not necessarily limited to this, it is necessary or necessary As a result, a plurality of excitation poles may be configured in the stator, and in this case, it is preferable to mount the excitation poles in an opposite direction to each other.
또한, 본 발명의 바람직한 실시 예에서는 내부 로터(inner rotor) 방식에 적용하는 것으로 하여 설명하였으나, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 이 기술분야의 숙련자라면 본 발명을 외부 로터(outer rotor) 방식에도 적용할 수 있음을 명백하게 알 수 있을 것이다.In addition, in the preferred embodiment of the present invention described as being applied to the inner rotor (inner rotor) method, the present invention is not necessarily limited to this, if one skilled in the art the present invention the outer rotor (outer rotor) method It will be clear that the same can be applied to.
이상의 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예들을 제시하여 설명하였으나 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함을 것을 쉽게 알 수 있을 것이다.In the foregoing description, the present invention has been described with reference to preferred embodiments, but the present invention is not necessarily limited thereto. Those skilled in the art will appreciate that the present invention may be modified without departing from the spirit of the present invention. It will be readily appreciated that branch substitutions, modifications and variations are possible.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 동기 전동기에 스피드 센서를 장착하고 이를 통해 동기 전동기의 회전 속도를 검출하여 운전 상태를 모니터링하는 전술한 종래 방식과는 달리, 고정자의 여자 폴에 권선된 여자 코일로부터 발생하는 사인파의 역기전력을 스위칭하여 외부로 출력하고 이 출력되는 역기전력을 구형파 펄스로 정형한 후 그 펄스 값을 카운트하여 동기 전동기의 회전 속도를 검출하고, 이 검출 결과에 의거하여 동기 전동기의 운전 상태를 모니터링 함으로써, 별도의 스피드 센서를 장착해야만 하는 종래 기술에 비해 동기 전동기의 하드웨어적인 구조 간소화를 실현할 수 있으며, 이를 통해 동기 전동기의 제작 공정 간소화 및 제작 원가의 절감을 도모할 수 있다.As described above, according to the present invention, unlike the aforementioned conventional method of mounting a speed sensor to the synchronous motor and detecting the rotational speed of the synchronous motor, thereby monitoring the driving state, the excitation coil wound on the excitation pole of the stator The counter electromotive force of the generated sine wave is switched and output to the outside, and the output counter electromotive force is shaped into a square wave pulse, the pulse value is counted to detect the rotational speed of the synchronous motor, and the operation state of the synchronous motor is determined based on the detection result. By monitoring, the hardware structure of the synchronous motor can be simplified compared with the prior art which requires the installation of a separate speed sensor, thereby simplifying the manufacturing process of the synchronous motor and reducing the manufacturing cost.
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KR1020060080325A KR20080019105A (en) | 2006-08-24 | 2006-08-24 | Apparatus and method for monitoring operating of synchronous electric motor |
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Cited By (2)
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---|---|---|---|---|
KR100942557B1 (en) * | 2009-07-28 | 2010-02-12 | (주)엘이디웍스 | Safe system of spin display apparatus |
KR101035057B1 (en) * | 2009-07-29 | 2011-05-19 | 전자부품연구원 | Apparatus and method for test magnetizing state of synchronous electric motor |
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2006
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KR101035057B1 (en) * | 2009-07-29 | 2011-05-19 | 전자부품연구원 | Apparatus and method for test magnetizing state of synchronous electric motor |
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