KR20160043301A - 모터 과열 검출장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 모터 과열 검출장치에 관한 것으로, 온도 센서를 구비하지 않고도 모터의 과열을 정확하게 검출할 수 있도록 하는 기술이다. 이러한 본 발명은 모터의 구동을 제어하는 모터 제어부, 모터에 흐르는 전류를 검출하는 전류 검출부, 모터와, 모터의 회전 속도 정보를 검출하는 속도 검출부를 포함하는 구동부, 전류 검출부로부터 검출된 전류 값과, 구동부로부터 검출된 회전 속도 정보에 대응하여 상기 모터 제어부의 동작을 제어하는 제어부 및 모터의 권선에 직류전압을 공급하는 전원장치를 포함한다.

Description

모터 과열 검출장치{Over heat detector of motor}
본 발명은 모터 과열 검출장치에 관한 것으로, 온도 센서를 구비하지 않고도 모터의 과열을 정확하게 검출할 수 있도록 하는 기술이다.
일반적으로 엘리베이터는 승강로를 형성하는 메인프레임의 상부에 권상기가 설치되고, 승강로에는 엘리베이터 카가 권상 로프에 연결되어 승객이나 화물을 수직방향으로 운반할 수 있는 구조로 되어 있다.
이렇게 건물 내에서 상층 또는 하층으로의 신속한 이동을 위하여 운행되고 있는 엘리베이터는 건물 상부에 설치되어 있는 기계실의 권상기에서 활차(Sheave)에 권취된 로프를 이동시킴에 따라 로프에 연결된 엘리베이터 카를 수직방향으로 이동시킬 수 있는 작동방식으로 이루어져 있다.
여기서, 권상기는 권상 로프를 걸고 활차를 회전시켜 엘리베이터 카를 구동시켜주는 장치이다. 이러한 권상기는 회전력을 제공하는 모터, 엘리베이터 카를 권상 로프에 매달아 상하운동을 하도록 감아주는 활차, 엘리베이터 카의 운전 및 정지시 활차의 회전을 정지시켜주거나 정지 상태를 유지시켜 주는 브레이크 등으로 구성된다.
권상기를 구비한 엘리베이터를 운전하기 위해서는 우선, 제어부의 명령에 의해 구동수단은 엘리베이터 카의 기동, 가속, 주행, 감속, 착상 및 정지 등의 일련의 운동을 수행해야 한다.
한편, 권상기 모터는 동작 원리에 따라 여러 가지 형태가 있을 수 있으나, 공통적으로 토크를 발생하기 위하여 권선을 감는 것은 동일하다. 이러한 권선은 엘리베이터의 운행량, 운행 부하에 따라 온도가 상승하게 된다. 그리고, 각 모터는 온도의 상승에 따라 절연등급(Y, A,ㄸ, B, F, H 종)이 구분되어 있다.
그런데, 모터가 절연 등급 이상으로 과열하게 되는 경우 절연이 파괴되어 모터가 고장 날 수 있다. 이에 따라, 일반적인 엘리베이터 장치에는 인버터 유닛과 모터에 과열을 검출하기 위한 별도의 온도 검출기가 마련되어 있다.
온도 검출기에는 소정의 온도 기준 값이 미리 설정되어 있고, 모터의 온도가 소정의 온도 기준 값에 도달했을 때에 온도 경고 신호를 출력하고, 모터의 온도가 소정의 온도 기준 값보다 낮을 때에 온도 경고 신호의 출력을 정지한다. 즉, 온도 검출기는 모터의 온도와 소정의 온도 기준값을 비교함으로써, 온도 경고 신호의 출력 가부(可否)를 판단한다.
하지만, 이러한 온도 검출기에는 온도센서에 오차가 있을 수 있다. 즉, 대부분의 온도센서가 ±5℃ 이상의 오차 범위를 가진다. 이에 따라, 온도센서가 (-)의 오차범위인 경우 과도하게 운행을 억제하게 되고, (+)의 오차범위인 경우 모터의 절연에 악영향을 미치게 된다.
또한, 온도 센서는 인버터 유닛 또는 모터에 부착될 수 있다. 그런데, 온도 센서가 부착된 위치가 온도가 낮은 곳이거나, 작업자의 미스로 인하여 부착 위치에서 1~2 센티미터 정도 이격하여 부착하게 되면 제대로 된 온도를 측정하기 어렵다.
또한, 지역 또는 계절에 따라 엘리베이터 설치되는 장소의 기온은 변화하고, 따라서 온도센서에 의한 계측 값에도 기온변화에 따르는 불균일이 생긴다. 이에 의하여 정확하게 이상을 검출하기 위하여 지역 또는 계절별로 판정 값을 고려할 필요가 있고, 그 설정에는 번잡한 수고를 필요로 한다.
본 발명은 온도 센서를 사용하지 않고도 온도에 대응하여 권선의 저항값이 변하는 원리를 기반으로 하여 모터의 과열을 정확하게 검출할 수 있도록 하는 특징을 갖는다.
본 발명의 실시예에 따른 모터 과열 검출장치는, 모터의 구동을 제어하는 모터 제어부; 모터에 흐르는 전류를 검출하는 전류 검출부; 모터와, 모터의 회전 속도 정보를 검출하는 속도 검출부를 포함하는 구동부; 전류 검출부로부터 검출된 전류 값과, 구동부로부터 검출된 회전 속도 정보에 대응하여 모터 제어부의 동작을 제어하는 제어부; 및 모터의 권선에 직류전압을 공급하는 전원장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 온도 센서를 사용하지 않고 모터의 과열을 정확하게 검출할 수 있도록 하는 효과를 제공한다.
아울러 본 발명의 실시예는 예시를 위한 것으로, 당업자라면 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상과 범위를 통해 다양한 수정, 변경, 대체 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 모터 과열 검출장치의 구성도.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하고자 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 모터 과열 검출장치의 구성도이다. 본 발명의 실시예에 따른 모터 과열 검출장치는 모터가 구비되는 어떠한 장치에도 적용될 수 있다. 예를 들면, 본 발명의 실시예에 따른 모터 과열 검출장치는 간이용 저항 테스터기, 엘리베이터용 권상기 모터 등에 적용될 수 있다. 본 발명의 실시예에서는 모터 과열 검출장치가 엘리베이터용 권상기 모터에 적용되는 것을 그 일예로 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예는 전원부(100), 인덕터(110), 모터 제어부(200), 전류 검출부(300), 구동부(400), 제어부(500) 및 전원장치(600)를 포함한다.
여기서, 모터 제어부(200)는 컨버터(210), 콘덴서(220), 인버터(230)를 포함한다. 그리고, 구동부(400)는 모터(410), 속도 검출부(420)를 포함한다. 그리고, 제어부(500)는 인버터 구동부(510), 인버터 제어부(520) 및 운행 제어부(530)를 포함한다.
전원부(100)는 상용전원으로부터 전원을 인가받아, 전기적으로 개폐 가능한 스위치를 통하여 모터 제어부(200)에 전원을 공급한다. 여기서, 전원부(100)에서 공급되는 전원은 3상 교류 전원일 수 있다. 인덕터(110)는 전원부(100)로부터 인가되는 전류의 급격한 변화를 억제하여 모터 제어부(200)에 공급한다.
모터 제어부(200)는 고속 스위칭 동작을 통해 구동부(400)에 구동 전원을 인가한다. 여기서, 모터 제어부(200)에서 인가되는 전원은 3상 교류 전력일 수 있다.
이를 위해, 컨버터(210)는 전원부(100)로부터 인가되는 교류 전압을 직류 전압으로 변환한다. 컨버터(210)와 인버터(230) 사이에는 콘덴서(220)가 연결된다. 여기서, 콘덴서(220)는 컨버터(210)로부터 인가되는 맥동한 직류 전압을 평활화시킨다.
그리고, 모터 제어부(200)는 인버터(230)를 포함한다. 인버터(230)는 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor), IPM(Intelligent Power Module) 등의 전력 변환 소자를 사용한다.
이러한 인버터(230)는 컨버터(210)에서 생성되는 직류 전압을 스위칭하는 것에 의해 가변 되는 임의의 전압과 주파수를 갖는 교류 전류를 생성하여 모터(410)에 공급한다. 즉, 인버터(230)는 교류 전류의 기본 주파수 내에서 복수의 직류 전압의 펄스를 발생시킴으로써 PWM(Pulse Width Modulation)으로 출력 전압을 조정한다.
이때, 인버터(230)의 출력 전압은 스위칭 듀티비(switching duty ratio)의 조정에 의해 제어된다. 이에 따라, 모터(410)는 인버터(230)로부터 인가되는 출력 전압에 의해 가변속 구동한다.
그리고, 전류 검출부(300)는 인버터(230)의 출력단으로부터 모터(410)에 흐르는 전류를 검출한다. 여기서, 전류 검출부(300)는 모터 제어부(200)로부터 모터(410)에 공급되는 모터 전류의 값을 CT(Current Transformer; 전류 변환기)에 의해 검출할 수 있다.
모터(410)는 모터 제어부(200)로부터 인가되는 전력에 의해 엘리베이터 칸을 승강한다. 여기서, 모터(410)는 영구자석 모터로 이루어질 수 있다. 이러한 모터(410)는 모터 제어부(200)로부터 구동 전력을 인가받아 가동된다. 그리고, 속도 검출부(420)는 모터(410)와 연결된 구동 쉬브의 회전 속도를 검출한다.
제어부(500)는 전류 검출부(300)로부터 검출된 전류 값과 속도 검출부(420)로부터 검출된 모터(410)의 회전 속도 정보(모터의 속도 값, 로터 각도 값)에 기초하여 모터 제어부(200)의 동작을 제어한다.
여기서, 인버터 제어부(520)는 전류 검출부(300)에 의해 검출된 전류 값과, 속도 검출부(420)에 의해 검출된 모터의 회전 속도 값과, 로터 각도 값을 입력받아 인버터 구동부(510)에 출력한다. 즉, 인버터 제어부(520)는 속도 검출부(420)에서 검출된 속도 값, 로터 각도 등의 정보에 기초하여 모터(410)의 회전 속도를 속도 지령의 값에 일치시키도록 토크(Torque) 값을 연산하여 인버터 구동부(510)에 출력한다.
예를 들어, 인버터 제어부(520)는 속도 검출부(420)에서 인가된 토크 값을 전류 값으로 변환하여 모터(410)의 목표 전류 값을 구하고, 전류 검출부(300)에 의해 검출되는 모터(410)의 전류 값이 목표 전류 값에 일치하도록 인버터 구동부(510)의 구동을 제어한다.
그리고, 인버터 구동부(510)는 인버터 제어부(520)로부터 인가되는 값을 기초로 하여 인버터(230)의 구동을 제어한다.
또한, 운행 제어부(530)는 엘리베이터칸 조작 신호, 승강장 조작 신호에 기초하여, 엘리베이터의 운전에 대한 운행 관리 정보(예를 들어, 엘리베이터칸의 행선층이나 주행 지령의 정보 등)를 작성한다. 그리고, 운행 제어부(530)는 운행 관리 정보에 기초하여, 엘리베이터칸의 속도를 제어하기 위한 신호를 인버터 제어부(520)에 출력한다.
엘리베이터 칸과 균형추와의 부하 밸런스가 언밸런스한 상태로 장시간 구동되거나 가감속도나 속도가 높은 상태로 장시간 구동되거나 하면, 모터(410)의 온도가 상승한다.
본 발명의 실시예에서는 인버터(230)나 모터(410)에 온도센서를 물리적으로 부착하지 않고, 온도에 대응하여 모터(410)의 권선 저항값이 선형으로 변하는 원리를 기반으로 하여 온도 값을 측정하도록 한다. 이러한 경우, 실제 온도센서를 부착하여 온도를 측정하는 방법보다 더 정밀하게 온도를 측정할 수 있게 된다.
이를 위해, 전원장치(600)는 모터(410)의 권선에 직류전압을 공급한다. 그러면, 모터(410)의 권선 저항값은 온도에 따라 다음의 [수학식 1]과 같이 측정될 수 있다.
Figure pat00001
위의 [수학식 1]에서 θ는 온도 값을 나타낸다. 그리고, 234.5의 숫자는 구리의 상수를 나타낸다. 코일, 리드선 및 접속선 등의 도체전선으로는 구리선이 사용되는 경우가 많다. 모터(410)의 권선도 구리로 이루어질 수 있는데, 이때 구리가 가지고 있는 상수 값이 234.5에 해당한다. 또한, 상수 20은 상온에서의 기준온도 값 20℃를 나타낸다.
예를 들어, 인버터 제어부(520)는 기준온도(20℃)에서의 모터(410)의 저항값을 저장부(521)에 미리 프로그래밍해 둔다. 본 발명의 실시에에서는 저장부(521)가 인버터 제어부(520) 내에 포함된 것을 그 일 예로 설명하였다. 하지만, 본 발명의 실시예는 이에 한정되는 것이 아니며, 저장부(521)가 운행 제어부(530) 내부에 포함될 수도 있다.
그리고, 별도의 전원장치(600)를 통해 모터(410)에 직류전압을 인가한다. 여기서, 전원장치(600)는 그 내부에 별도의 차단 제어부(610)가 연결되어 있다.
이에 따라, 전원장치(600)는 노말 모드시와 모터(410)의 구동시에는 차단 제어부(610)가 차단되어 모터(410)에 직류전압을 인가하지 않는다. 반면에, 전원장치(600)는 모터(410)가 정지 중인 상태에서만 소정의 시간(예를 들면, 1초 이내) 동안에만 차단 제어부(610)가 단락되어 모터(410)에 직류전압을 공급한다.
전원장치(600)에서 공급되는 직류전압에 의해 모터(410)의 L 성분(단위 mH)은 무효화 되고 순수한 저항에 상당하는 전류가 모터(410)의 권선을 통해 흐르게 된다. 모터(410)의 권선을 통해 흐르는 전류는 전류 측정부(300)를 통해 측정되고, 측정된 전류 값은 인버터 제어부(520)에 전달된다.
인버터 제어부(520)는 V=IR의 원리를 이용하여 모터(410)의 권선 저항값을 판단하게 된다. 여기서, V는 전원장치(600)에 의해 공급되는 직류전압의 값을 나타내고, I는 전류 측정부(300)에서 검출된 전류값을 나타낸다. 따라서, 이 전압(V)과 전류(I) 값을 적용하여 모터(410)의 권선 저항값을 판단할 수 있다.
인버터 제어부(520)는 모터(410)의 권선 저항값을 판단하고 위의 [수학식 1]에 의거하여 온도 θ를 확인할 수 있다. 그리고, 인버터 제어부(520)는 확인된 온도 θ에 대응하여 현재 운행 상태에서의 온도가 몇 ℃ 인지를 판단한다.
또한, 인버터 제어부(520)는 확인된 온도 θ를 모터(410)의 절연등급과 비교하여 모터(410)가 과열인지 아닌지를 판단하게 된다. 여기서, 기준이 되는 모터(410)의 절연등급은 저장부(521)에 기 저장된다.
그러면, 인버터 구동부(510)는 측정된 온도 θ 값에 대응하여 인버터(230)의 스위칭 동작을 제어한다. 즉, 인버터 구동부(510)는 인버터 제어부(520)에서 측정된 온도 θ가 과열인지 아닌지의 여부에 따라 모터(410)를 가속 또는 중지시키도록 인버터(230)를 제어한다.
예를 들어, 인버터 구동부(510)는 검출된 온도 θ의 값이 과열인 경우 인버터 제어부(520)의 제어에 따라 모터(410)의 회전을 중지시키거나 감속시키도록 인버터(230)를 제어한다. 반면에, 인버터 구동부(510)는 검출된 온도 θ의 값이 과열이 아닌 경우 인버터 제어부(520)의 제어에 따라 모터(410)를 그대로 동작시키거나 과속시키도록 인버터(230)를 제어한다.
이상에서 기술한 일 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합 된 형태로 실시될 수 있다.

Claims (11)

  1. 모터의 구동을 제어하는 모터 제어부;
    상기 모터에 흐르는 전류를 검출하는 전류 검출부;
    상기 모터와, 상기 모터의 회전 속도 정보를 검출하는 속도 검출부를 포함하는 구동부;
    상기 전류 검출부로부터 검출된 전류 값과, 상기 구동부로부터 검출된 상기 회전 속도 정보에 대응하여 상기 모터 제어부의 동작을 제어하는 제어부; 및
    상기 모터의 권선에 직류전압을 공급하는 전원장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 과열 검출장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 모터 제어부는
    전원부로부터 인가되는 교류 전압을 직류 전압으로 변환하는 컨버터;
    상기 컨버터의 출력 전압을 평활화시키는 콘덴서; 및
    상기 직류 전압에 대응하여 상기 모터에 구동 전류를 공급하는 인버터를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 과열 검출장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 회전 속도 정보는 상기 모터의 회전 속도와, 로터 각도를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 과열 검출장치.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 모터 제어부의 구동을 제어하는 인버터 구동부; 및
    상기 전류 검출부에서 검출된 전류 값과 상기 회전 속도 정보에 대응하여 상기 인버터 구동부의 동작을 제어하는 인버터 제어부; 및
    상기 모터의 구동에 대한 운행 관리 정보를 저장하고, 상기 운행 관리 정보에 대응하는 제어신호를 상기 인버터 제어부에 출력하는 운행 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 과열 검출장치.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 인버터 제어부는
    [상기 모터의 권선 저항값 = (구리의 상수 값+θ)/(구리의 상수 값+ 상온에서의 기준온도에 대응한 상수 값)*기준온도에서의 모터 저항값]의 식에 의해 온도 값을 연산하는 것을 특징으로 하는 모터 과열 검출장치.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 인버터 제어부는
    상기 전원장치로부터 공급되는 상기 직류전압과 상기 전류 검출부에서 검출된 전류 값에 대응하여 상기 모터의 권선 저항값을 검출하는 것을 특징으로 하는 모터 과열 검출장치.
  7. 제 5항에 있어서, 상기 인버터 제어부는 상기 기준온도에서의 모터 저항값을 기 저장하는 저장부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 과열 검출장치.
  8. 제 5항에 있어서, 상기 인버터 제어부는 검출 돤 온도를 상기 모터의 절연등급과 비교하여 상기 모터의 과열 여부를 판단하는 특징으로 하는 모터 과열 검출장치.
  9. 제 1항에 있어서, 상용전원으로부터 전원을 인가받아 상기 모터 제어부에 전원을 공급하는 전원부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 과열 검출장치.
  10. 제 1항에 있어서, 상기 전류 검출부는
    상기 모터 제어부로부터 상기 모터에 공급되는 전류의 값을 검출하는 CT(Current Transformer; 전류 변환기)를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 과열 검출장치.
  11. 제 1항에 있어서, 상기 전원장치는
    상기 모터의 구동시 상기 직류전압의 공급을 차단하고, 상기 모터의 정지시 소정 시간 동안 상기 직류전압을 공급하도록 제어하는 차단 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 과열 검출장치.
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