KR20110013254A

KR20110013254A - 모터의 상황 검사 방법 및 모터 특성 검사 장치

Info

Publication number: KR20110013254A
Application number: KR1020100071463A
Authority: KR
Inventors: 아키히코 타카하시
Original assignee: 산요 덴키 가부시키가이샤
Priority date: 2009-07-29
Filing date: 2010-07-23
Publication date: 2011-02-09
Also published as: CN101988951B; JP4988796B2; CN101988951A; EP2284552A3; EP2284552A2; US20110029271A1; EP2284552B1; JP2011033356A

Abstract

본 발명은 설비에 장착된 모터의 상황을 설비로부터 모터를 분리하지 않고 검사할 수 있는 모터의 상황 검사 방법 및 모터 특성 검사 장치를 제공하는 것을 과제로 한다.
이를 위해, 모터가 외력에 의해 움직였을 때에 발생되는 역기전력 파형의 주파수와 진폭값을 측정하는 측정부(11)와, 주파수와 진폭값에 의거하여 역기전력 정수를 연산하는 연산부(19)와, 역기전력 정수의 연산 결과 또는 예상되는 연산 결과에 대하여 미리 준비한 판정 결과를 표시하는 결과 표시부(21)를 구비한 모터 특성 검사 장치(1)를 준비한다. 설비에 장착된 모터로부터 급전선을 떼어낸 상태에서 모터의 전기자 권선과 모터 특성 검사 장치(1)를 전기적으로 접속시키고, 모터의 가동자(3b)에 외력을 가해서 전기자 권선에 역기전력을 발생시키고, 모터 특성 검사 장치(1)의 결과 표시부(21)에 표시된 연산 결과에 의거하여 모터의 상황을 판정한다.

Description

모터의 상황 검사 방법 및 모터 특성 검사 장치{MOTOR CONDITION INSPECTION METHOD AND MOTOR CHARACTERISTIC INSPECTING DEVICE}

본 발명은 외력에 의해 가동자가 움직였을 때에 역기전력(역기전압)을 발생시키는 모터의 상황 검사 방법 및 모터 특성 검사 장치에 관한 것이다.

일본 특허공개 2002-131153호 공보(특허문헌 1)에는 토크 미터를 사용하지 않고, 토크를 측정하는 토크 측정 장치가 개시되어 있다. 또한, 일본 특허공개 소61-124256호 공보(특허문헌 2)에는 보이스 코일형 리니어 모터의 코일에 외부로부터 왕복 운동을 부여하여 추력 정수를 구함으로써 추력을 측정하는 방법이 개시되어 있다.

일본 특허공개 2002-131153호 공보 일본 특허공개 소61-124256호 공보

종래의 모터의 상황 검사 방법 및 모터 특성 검사 장치에서는 토크 등의 검사를 행하기 위해서 모터에 전력을 공급하여 모터를 일정한 회전수로 동작시키고, 그 때의 동작 출력을 검사하고 있다. 이를 위해 검사용 전압계, 회전계나 속도 센서 등을 이용하여 필요한 계측을 할 필요가 있었다. 이러한 점에서 종래는 설비에 장착된 상태의 모터를 직접 검사하지 않고, 검사 대상의 모터의 특성을 검사하기 위해서 설비로부터 모터를 분리하여 전용 검사 장치와 조합하여 검사를 행할 필요가 있었다. 그 때문에 정기 점검이나 검사할 때마다 설비로부터 모터를 분리할 필요가 있어 검사에 요하는 수고와 시간을 상당히 필요로 하고 있었다. 또한, 설비로부터 모터를 분리하면 설치 상황의 문제를 볼 수는 없었다.

특히, 리니어 모터의 경우, 가동자와 고정자의 설치 상황(소위 에어갭의 양부(良否))이 모터의 출력에 영향을 끼친다. 종래에는 설치 상황을 검사하기 위해서 가동자와 고정자 사이에 형성되는 간극에 간극 게이지를 삽입하여 기계적 치수 검사를 행하고 있었다. 그러나, 이 경우에는 모터를 설비로부터 떼어내어 검사를 행해도 검사 후의 모터를 설비에 설치할 때에 기계적인 오차를 발생시키기 쉽고, 또한 가동자와 고정자 사이에 형성되는 간극이 전체적으로 균일하게 되어 있는지의 여부의 검사가 곤란했다.

본 발명의 목적은 설비에 장착된 모터를 설비로부터 분리하지 않고 검사를 할 수 있는 모터의 상황 검사 방법 및 모터 특성 검사 장치를 제공하는 것에 있다.

본 발명의 다른 목적은 모터의 설치 상황의 양부를 간편한 방법으로 검사할 수 있는 모터의 상황 검사 방법 및 모터 특성 검사 장치를 제공하는 것에 있다.

본 발명은 설비에 장착된 모터의 상황을 설비로부터 모터를 분리하지 않고 검사하는 모터의 상황 검사 방법 및 모터 특성 검사 장치를 대상으로 한다.

본 발명의 모터의 상황 검사 방법은 모터의 가동자가 외력에 의해 움직였을 때에 발생되는 역기전력 파형의 주파수와 진폭값을 측정하는 측정부와, 주파수와 진폭값에 의거하여 역기전력 정수를 연산하는 연산부와, 역기전력 정수의 연산 결과 또는 예상되는 연산 결과에 대하여 미리 준비한 판정 결과를 표시하는 결과 표시부를 구비한 모터 특성 검사 장치를 준비한다. 그리고, 설비에 장착된 모터로부터 급전선을 떼어낸 상태에서 모터의 전기자 권선과 모터 특성 검사 장치를 전기적으로 접속시킨다. 그 후, 모터의 가동자에 외력을 가해서 전기자 권선에 역기전력을 발생시킨다. 그리고, 모터 특성 검사 장치의 결과 표시부에 표시된 연산 결과 에 의거하여 모터의 상황을 판정한다.

모터에 발전 작용이 있는 것은 주지이며, 외력을 가해서 모터의 가동부를 움직이면 모터의 단자에는 역기전력(역기전압)이 발생된다. 본 발명에서는 모터의 특성을 나타내는 정수의 하나인 역기전력 정수(Keφ)를 구하여 모터 특성의 양부를 판정한다.

역기전력 정수(Keφ)는,

Keφ=C×(Ke/f)

(단, Ke: 역기전압의 피크값[V], f: 역기전압 주파수[Hz], C: 정수)에 의해 구해진다. 따라서, 역기전압의 피크값 및 주파수를 측정할 수 있으면 역기전력 정수(Keφ)를 측정할 수 있다. 그래서, 본 발명에 의한 모터 특성 검사 장치는 설비에 부착된 상태의 모터를 검사 대상으로 하고 있고, 모터가 정지된 상태에서 가동자에 대하여 수동 등으로 외력을 가하여 강제적으로 모터를 움직여 역기전력을 발생시킨다. 이렇게 해서 발생되는 역기전력은 외력이 일정하지 않기 때문에 얻어지는 역기전력 파형도 일정하지 않다. 역기전력 파형은 가변속시의 주파수의 파형과 마찬가지이다. 이러한 파형으로부터 주파수를 취득하는 방법은 여러가지의 것이 고려되지만 본 발명의 측정부에서는 예를 들면, 제로 크로스 검출 회로를 이용하여 역기전력 파형이 제로점을 크로스한 어느 점으로부터 다음의 제로점을 크로스한 점까지를 1주기로 해서 주파수를 측정한다. 그리고, 상기 주파수를 측정한 파형의 진폭값(역기전압의 피크값)을 이용하여 역기전력 정수(Keφ)를 구한다.

결과 표시부는 역기전력 정수의 연산 결과(수치)를 표시하고, 측정자는 상기 모터의 본래의 역기전력 정수가 얻어져 있는지의 여부를 판정한다. 본래의 역기전력 정수가 얻어지지 않는 경우에는 모터에 이상이 있는 것을 알 수 있다. 결과 표시부에 예상되는 연산 결과에 대하여 미리 준비한 판정 결과를 표시하도록 해도 좋다. 이렇게 하면 모터의 역기전력 정수로부터 양부를 즉시 알 수 없는 경우에도 용이하게 모터의 양부를 판정할 수 있다.

또한, 본 발명은 역기전력이 발생되는 모터이면 어떠한 모터이어도 검사 대상으로 할 수 있다. 따라서 직류기·리니어 모터·서보 모터·스테핑 모터 등, 검사 대상의 모터의 형태는 상관없다. 검사 대상의 모터가 설비의 고정 부분에 고정된 고정자와 설비의 가동 부분에 설치된 가동자를 구비한 리니어 모터인 경우에는 연산 결과에 의거하여 고정자의 고정자측 자극과 가동자의 가동자측 자극 사이의 갭의 크기를 판정하고, 판정 결과로부터 설치 상황의 양부를 판정하는 설치 상황 판정부를 더 구비하도록 해도 좋다. 갭과 역기전력 정수가 역비례 관계에 있기 때문에 이 관계를 이용하면 설치되어 있는 리니어 모터의 갭의 상황을 알 수 있어 모터의 설치 상황을 판정할 수 있다.

리니어 모터는 각각으로 이루어져 있는 고정자와 가동자를 사용 장소에 있어서 조합하여 사용하는 것이 일반적이다. 즉, 모터의 설치 및 갭 조정은 사용자쪽에서 행하는 경우가 많다. 그 때문에 간극 게이지를 사용한 갭 조정이 불충분한 것이 원인으로 리니어 모터의 충분한 출력을 얻을 수 없는 경우가 있다. 본 발명에 의한 모터 특성 검사 장치를 사용하면 간이하게 갭 조정이 가능하게 된다.

리니어 모터를 위한 설치 상황 판정부는 역기전력 정수가 미리 정한 역치 범위보다 작을 때에는 갭이 적정 범위보다 넓다고 판정하고, 역기전력 정수가 미리 정한 역치 범위보다 클 때에는 갭이 적정 범위보다 좁다고 판정하고, 어느 판정의 경우나 설치 상황이 나쁘다고 판정하도록 구성해 두는 것이 바람직하다. 이렇게 해 두면 갭의 조정이 더욱 용이하게 된다.

도 1은 본 발명의 모터 특성 검사 장치의 실시형태의 일례를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시형태의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시형태에서 역기전력 정수 및 판정 결과를 표시하기 위해서 사용하는 소프트웨어의 알고리즘을 나타내는 플로우챠트이다.
도 4는 본 발명에서 모터에 외력을 가하여 모터를 구동한 경우에 출력되는 역기전력의 파형을 나타내는 도면이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 상세하게 설명한다. 도 1은 본 발명의 모터 특성 검사 장치의 실시형태의 일례를 나타내는 도면이고, 도 2는 본 발명의 실시형태의 구성을 나타내는 블록도이다.

도 1에 나타낸 사용예에서는 모터 특성 검사 장치(1)는 검사 대상인 리니어 모터(3)에 접속되어 있다. 리니어 모터(3)는 설비의 고정 부분에 고정된 고정자(3a)와 설비의 가동 부분에 설치된 가동자(3b)를 구비한 리니어 모터이다. 모터 특성 검사 장치(1)는 급전선을 떼어낸 리니어 모터(3)의 가동자(3b)의 모터 권선에 접속된 급전선(5)에 케이블(7)을 통해 접속되어 있다.

도 2를 참조하여 본 발명의 실시형태의 구성 및 개요를 설명한다. 모터 특성 검사 장치(1)의 신호 수신부(9)는 리니어 모터(3)가 외력에 의해 움직여진 경우에 발생되는 역기전력 파형을 수신한다. 측정부(11)는 주파수를 검출하기 위해서 제로 크로스 검출 회로(13) 및 주파수 검출부(15)를 구비하고, 또한 역기전력의 전압의 피크값을 검출하는 피크값 검출부(17)를 구비하고 있다. 측정부(11)가 검출한 주파수 및 피크값에 의거하여 연산부(19)가 역기전력 정수를 산출하고, 결과 표시부(21)에 결과를 표시한다. 또한, 본 발명에서는 설치 상황을 판정하기 위해서 기억부(23)에 테이블이 기억되어 있고, 설치 상황 판정부(25)가 연산 결과에 의거하여 설치 상황을 결과 표시부(21)에 표시한다.

측정으로부터 결과 표시까지의 흐름을 도 3 및 도 4를 이용하여 상세하게 설명한다. 리니어 모터(3)의 가동자(3b)가 외력에 의해 움직여지면 신호 수신부(9)는 모터가 발생시키는 도 4와 같은 역기전력 파형을 수신하여 측정부(11)에 대하여 신호를 보내고, 측정부(11)는 주파수 및 전압의 피크값을 측정한다(스텝 ST1).

주파수는 구체적으로는 다음과 같이 결정된다. 외력에 의해 가동자가 움진여진 모터로부터는 도 4와 같이, 주파수 및 전압이 일정하지 않은 역기전력이 발생된다. 제로 크로스 검출 회로(13)는 기전력 파형이 제로점을 크로스한 점(제로 크로스점)에 있어서 출력 전압이 0V→5V, 5V→0V로 스위칭되도록 구성되어 있다. 도 4의 역기전력 파형이 입력된 제로 크로스 검출 회로(13)는 도 4의 제로 크로스 검출 회로 출력(Vo)의 파형을 출력한다. 예를 들면, 도 4의 최초의 파형(주기(F1)의 파형)에서는 a점 및 c점이 제로 크로스점이며, 주파수 검출부(15)는 이 제로 크로스점(ac) 사이의 주기로부터 이 구간의 주파수 f(=F1)를 검출한다.

또한, 동일한 최초의 파형에 있어서 피크값 검출부(17)는 파형의 피크값을 b점으로부터 검출한다.

이어서, 주파수 및 피크값을 받은 연산부(19)는 역기전력 정수(Keφ)를 다음 식에 의해 산출한다(스텝 ST2).

Keφ=C×(Ke/f) … (1)

(단, Ke: 역기전압의 피크값[V], f: 역기전압 주파수[Hz], C: 정수)

또한, (1)식은 다음과 같이 도출된 것이다.

모터가 리니어 모터인 경우, 역기전력 정수(Keφ)는,

Keφ=Ke/v … (2)

(단, Ke: 역기전압의 피크값[V], v: 속도[m/s])

에 의해 구해진다. 여기에서,

v=2τ×f … (3)

(단, τ: 마그넷-마그넷 간의 거리인 극 피치[m], f: 역기전압 주파수[Hz])

라는 점에서 (2)식에 (3)식을 대입하여,

Keφ=Ke/(2τ×f)=(1/2τ)×(Ke/f)

가 된다. 여기에서, 1/2τ=C1로 두면,

Keφ=C1×(Ke/f) … (4)

가 된다. 즉, 모터가 리니어 모터인 경우에는 (1)식의 정수 C는 C=C1=1/2τ이다.

또한, 모터가 회전형 모터인 경우, 역기전력 정수(Keφ)는,

Keφ=Ke/N … (5)

(단, Ke: 역기전압의 피크값[V], N: 회전수[rpm])

에 의해 구해진다. 여기에서,

N=(120×f)/P … (6)

(단, f: 역기전압 주파수[Hz], P: 극수)

라는 점에서 (5)식에 (6)식을 대입하여,

Keφ=Ke/(120×f)/P=(P/120)×(Ke/f)

가 된다. 여기에서, P/120=C2로 두면,

Keφ=C2×(Ke/f) … (7)

이 된다. 즉, 모터가 회전형 모터인 경우에는 (1)식의 정수 C는 C=C2=P/120이다.

결국, 역기전력 정수(Keφ)는 역기전압의 피크값 Ke[V]와 역기전압 주파수 f[Hz]를 측정할 수 있으면 정수 C를 승산하여 도출할 수 있는 것이며, 역기전력 정수(Keφ)는 어느 모터의 종류이어도 (1)식으로부터 산출할 수 있어 상술한 도 4의 최초의 파형으로부터 역기전압 정수(Keφ)를 구할 수 있다. 또한, 본 실시형태에서는 정수 C는 미리 연산부(19)에 입력되어 있는 구성으로 했지만 범용성을 갖게 하기 위해서 외부 기기에 의해, 또는 입력부를 구비함으로써 정수 C를 재기록할 수 있게 해두어도 좋은 것은 물론이다.

또한, 본 발명에서는 설치 상황 판정부(25)가 리니어 모터(3)의 설치 상황을 판정할 수 있다. 기억부(23)에는 고정자의 고정자측 자극과 가동자의 가동자측 자극 사이의 갭의 크기에 관한 테이블이 기억되어 있고, 산출한 역기전력 정수(Keφ)를 테이블과 비교한다(스텝 ST3). 역기전력 정수(Keφ)가 일정한 역치 범위 내에 들어가 있는지 판정을 행하고(스텝 ST4), 역치 범위 내인 경우에는 갭은 적정하다고 판정한다(스텝 ST5). 역기전력 정수(Keφ)가 역치 내 범위에 들어가 있지 않은 경우에는 역치보다 큰지의 여부를 판정하고(스텝 ST6), 역치보다 큰 경우에는 갭이 좁다고 판정하고(스텝 ST7), 역치보다 작은 경우에는 갭이 넓다고 판정한다(스텝 ST8). 최종적으로 역기전력 정수를 포함하는 판정 결과를 결과 표시부(21)에 표시한다(스텝 ST9).

또한, 본 실시형태에서는 갭의 양부를 판정할 수 있도록 설치 상황 판정부(25)를 설치했지만 역기전력 정수(Keφ)만을 알면 좋은 경우에는 설치 상황 판정부(25)를 설치할 필요는 없다. 또한, 리니어 모터 이외의 모터를 검사 대상으로 하는 경우에는 갭을 판정할 필요가 없기 때문에 설치 상황 판정부(25) 대신에 보통의 판정부를 설치하여 역기전력 정수(Keφ)가 역치 범위 내에 들어가 있는 경우에는 모터에 이상이 없고, 역치 범위 내에 들어가 있지 않은 경우에는 모터에 이상이 있는 것을 결과 표시부(21)에 표시하도록 구성하면 좋다.

본 발명에 의하면 역기전력 파형에 의거하여 모터의 특성을 검사함으로써 설비로부터 모터를 분리하지 않고, 또한 회전계나 속도 센서를 필요로 하지 않고, 모터의 특성을 검사할 수 있다.

1: 모터 특성 검사 장치 3: 리니어 모터
3a: 고정자 3b: 가동자
5: 급전선 7: 케이블
9: 신호 수신부 11: 측정부
13: 제로 크로스 검출 회로 15: 주파수 검출부
17: 피크값 검출부 19: 연산부
21: 결과 표시부 23: 기억부
25: 설치 상황 판정부

Claims

설비에 장착된 모터의 상황을 상기 설비로부터 상기 모터를 분리하지 않고 검사하는 모터의 상황 검사 방법으로서:
상기 모터가 외력에 의해 움직였을 때에 발생되는 역기전력 파형의 주파수와 진폭값을 측정하는 측정부와, 상기 주파수와 상기 진폭값에 의거하여 역기전력 정수를 연산하는 연산부와, 상기 역기전력 정수의 연산 결과 또는 예상되는 연산 결과에 대하여 미리 준비한 판정 결과를 표시하는 결과 표시부를 구비한 모터 특성 검사 장치를 준비하고;
상기 설비에 장착된 상기 모터로부터 급전선을 떼어낸 상태에서 상기 모터의 전기자 권선과 상기 모터 특성 검사 장치를 전기적으로 접속시키고;
상기 모터의 가동자에 외력을 가해서 상기 전기자 권선에 역기전력을 발생시키고;
상기 모터 특성 검사 장치의 결과 표시부에 표시된 상기 연산 결과에 의거하여 상기 모터의 상황을 판정하는 것을 특징으로 하는 모터의 상황 검사 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 모터는 상기 설비의 고정 부분에 고정된 고정자와 상기 설비의 가동 부분에 설치된 상기 가동자를 구비한 리니어 모터이며,
상기 모터 특성 검사 장치는 상기 연산 결과에 의거하여 상기 고정자의 고정자측 자극과 상기 가동자의 가동자측 자극 사이의 갭의 크기를 판정하고 판정 결과로부터 상기 설치 상황의 양부를 판정하는 설치 상황 판정부를 더 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 모터의 상황 검사 방법.
제 2 항에 있어서,
상기 설치 상황 판정부는 상기 역기전력 정수가 미리 정한 역치 범위보다 작을 때에는 상기 갭이 적정 범위보다 넓다고 판정하고, 상기 역기전력 정수가 상기 미리 정한 역치 범위보다 클 때에는 상기 갭이 적정 범위보다 좁다고 판정하고, 어느 판정의 경우나 상기 설치 상황이 나쁘다고 판정하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 모터의 상황 검사 방법.
설비에 장착된 모터의 상황을 상기 설비로부터 상기 모터를 분리하지 않고 검사하기 위한 모터 특성 검사 장치로서:
상기 모터에 접속되어 상기 모터의 가동자가 외력에 의해 움직였을 때에 발생되는 역기전력 파형의 주파수와 진폭값을 측정하는 측정부와, 상기 주파수와 상기 진폭값에 의거하여 역기전력 정수를 연산하는 연산부와, 상기 역기전력 정수의 연산 결과 또는 예상되는 연산 결과에 대하여 미리 준비한 판정 결과를 표시하는 결과 표시부를 구비한 것을 특징으로 하는 모터 특성 검사 장치.
제 4 항에 있어서,
상기 모터는 상기 설비의 고정 부분에 고정된 고정자와 상기 설비의 가동 부분에 설치된 상기 가동자를 구비한 리니어 모터이며,
상기 모터 특성 검사 장치는 상기 연산 결과에 의거하여 상기 고정자의 고정자측 자극과 상기 가동자의 가동자측 자극 사이의 갭의 크기를 판정하고 판정 결과로부터 상기 설치 상황의 양부를 판정하는 설치 상황 판정부를 더 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 모터 특성 검사 장치.
제 5 항에 있어서,
상기 설치 상황 판정부는 상기 역기전력 정수가 미리 정한 역치 범위보다 작을 때에는 상기 갭이 적정 범위보다 넓다고 판정하고, 상기 역기전력 정수가 상기 미리 정한 역치 범위보다 클 때에는 상기 갭이 적정 범위보다 좁다고 판정하고, 어느 판정의 경우나 상기 설치 상황이 나쁘다고 판정하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 모터 특성 검사 장치.