KR20160110686A - 커플링의 손상 검출 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 커플링의 손상 검출 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 모터의 동력을 부하에 전달하는 커플링의 손상을 검출하기 위한 방법에 관한 것이다. 본 발명은 인버터의 지시 주파수에 기초하여 부하가 정상 운전 상태인지 여부를 판단하는 단계, 부하가 정상 운전 상태라고 판단되면, 지시 주파수에 따른 모터의 출력 및 모터의 속도를 이용하여 모터의 현재 토크값을 산출하는 단계 및 모터의 현재 토크율을 한계 토크율과 비교하여 커플링의 손상을 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 커플링 손상에 따른 설비의 2차 피해를 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 별도의 추가적인 설비의 설치 없이도 기존의 설비를 그대로 이용할 수 있어 비용을 크게 절감시킬 수 있는 장점이 있다.

Description

커플링의 손상 검출 방법{METHOD FOR DETECTING DAMAGE OF COUPLING}
본 발명은 커플링의 손상 검출 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 모터의 동력을 부하에 전달하는 커플링의 손상을 검출하기 위한 방법에 관한 것이다.
종래 산업 현장에서 이용되는 일반적인 범용 인버터는 속도 제어 또는 토크 제어와 같은 벡터 제어 방식이 이용되거나, 전압/주파수(Voltage/Frequency: V/F)의 일정 제어 방식이 이용된다.
개루프 시스템(OPEN-LOOP SYSTEM)에서 V/F 일정 제어를 하는 예로, 회전자 속도 지령 주파수에 슬립 주파수를 더하여 고정자 주파수에 대한 자속 일정 제어가 가능하다.
도 1은 일반적인 인버터 시스템의 개략도이다. 도 1을 참조하면, 인버터 시스템(102)은 교류 또는 직류의 전원을 공급하는 전원(104), 모터(108), 모터(108)를 제어하는 인버터(106)를 포함한다. 또한, 인버터 시스템(102)은 전동기와 같은 부하(112)에 동력을 제공하며, 특히 벨트, 체인과 같은 커플링(110)은 모터(108)의 동력을 부하(112)에 전달한다.
일반적으로, 인버터 시스템(102)은 토크 지령값으로 설정한 토크가 출력되도록 모터(108)를 제어한다. 여기서, 모터(108)의 회전 속도는 모터의 토크와 부하 토크가 균형을 이룰 때, 일정 속도로 유지될 수 있다. 한편, 모터(108)의 동력을 부하(112)에 전달하는 커플링(110)에서 손상이 발생하면, 베어링의 마모되거나 축이 흔들려 설비의 파손으로 이어질 수 있다.
종래에는 위치검출센서를 통해 전동기의 위치 및 속도를 입력받거나 토크 트랜듀서를 통해 토크의 피드백을 받아 인버터 시스템의 운전 상태를 모니터링한다. 그러나 토크 트랜듀서를 설치하기 위해서는 추가적인 비용이 소요되며, 이를 적용할 수 있는 설비는 제한적이다. 따라서, 토크 피드백이 없는 설비에서는 벨트, 체인과 같은 커플링의 손상 여부를 검출할 수 없으며, 커플링의 손상은 설비 결함을 초래하여 막대한 손실을 발생시키는 문제점이 존재한다.
본 발명은 모터의 정격 토크값 대비 현재 토크값의 비율을 한계 토크율과 비교하여 커플링의 손상을 검출함으로써, 커플링 손상에 따른 설비의 2차 피해를 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 별도의 추가적인 설비의 설치 없이도 기존의 설비를 그대로 이용할 수 있어 비용을 크게 절감시킬 수 있는 커플링의 손상 검출 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 인버터와 연결되는 모터의 동력을 부하에 전달하는 커플링의 손상을 검출하는 방법에 있어서, 상기 인버터의 지시 주파수에 기초하여 상기 부하가 정상 운전 상태인지 여부를 판단하는 단계, 상기 부하가 정상 운전 상태라고 판단되면, 상기 지시 주파수에 따른 상기 모터의 출력 및 상기 모터의 속도를 이용하여 상기 모터의 현재 토크값을 산출하는 단계 및 상기 모터의 정격 토크값 대비 상기 현재 토크값의 비율인 현재 토크율을 미리 정해진 한계 토크율과 비교하여 상기 커플링의 손상을 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
전술한 바와 같은 본 발명에 의하면, 모터의 정격 토크값 대비 현재 토크값의 비율을 한계 토크율과 비교하여 커플링의 손상을 검출함으로써, 커플링 손상에 따른 설비의 2차 피해를 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 별도의 추가적인 설비의 설치 없이도 기존의 설비를 그대로 이용할 수 있어 비용을 크게 절감시킬 수 있는 장점이 있다.
도 1은 일반적인 인버터 시스템의 개략도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 커플링의 손상 검출 장치의 구성도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 현재 토크율 산출 과정의 개략도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 커플링의 손상 검출 방법의 순서도.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.
본 발명은 모터의 정격 토크값 대비 현재 토크값의 비율을 한계 토크율과 비교하여 커플링의 손상을 검출하는 것을 목적으로 한다.
전술한 바와 같이, 인버터 시스템은 전원, 인버터, 모터를 구비할 수 있으며, 인버터 시스템과 부하는 커플링에 의해 연결될 수 있다. 여기서, 커플링은 체인, 벨트와 같이 모터의 동력을 부하에 전달하기 위한 동력 전달 수단을 의미한다.
인버터 시스템은 토크 제어, 전류 제어, PWM 제어를 수행할 수 있으며, 이에 관한 내용은 당업자에게 널리 알려진 바와 같다.
본 발명의 커플링의 손상 검출 방법은 인버터 시스템에서 수행될 수 있으며, 보다 상세하게는 토크 제어를 위한 토크 제어부에서 수행될 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 커플링의 손상 검출 장치의 구성도이다. 도 2를 참조하면, 커플링의 손상 검출 장치는 감지부(202), 연산부(204) 및 검출부(206)를 포함할 수 있다.
감지부(202)는 인버터의 지시 주파수(fo*)에 기초하여 부하가 정상 운전 상태인지 여부를 판단하는 기능을 수행한다. 보다 상세하게는, 인버터에 설정된 지시 주파수(fo*)에 따라, d축 전압 지령치(Vd*), q축 전압 지령치(Vq*)가 산출될 수 있다. 또한, 인버터의 전류 제어에 따라 3상의 출력전류(ia, ib, ic)를 출력하여 모터를 구동시킬 수 있다. 그 결과, 모터는 지시 주파수(fo*)에 따른 속도(ω)로 구동될 수 있다.
즉, 지시 주파수(fo*)에 따라 모터의 속도가 정해지며, 지시 주파수(fo*)를 통해 부하가 정상 운전 상태인지 여부를 판단할 수 있다. 바람직하게는, 감지부(202)는 지시 주파수(fo*)가 미리 정해진 기준 주파수보다 크면 부하가 정상 운전 상태라고 판단할 수 있다. 여기서, 정상 운전 상태는 지시 주파수(fo*)에 따른 속도(ω)로 모터가 구동되어 부하에 동력이 정상적으로 전달되는 상태를 의미한다. 기준 주파수는 모터의 사양에 따라 미리 정해질 수 있다.
연산부(204)는 모터의 현재 토크값을 산출하는 기능을 수행한다. 보다 상세하게는, 연산부(204)는 지시 주파수(fo*)에 따른 모터의 출력 및 모터의 속도를 이용하여 모터의 현재 토크값을 산출할 수 있다. 여기서, 모터의 출력(파워)은 인버터의 출력 전류(ia, ib, ic) 및 전압 지령치(Vd*, Vq*)에 기초하여 산출될 수 있다. 또한, 연산부(204)는 모터의 출력을 모터의 속도(ω)로 나누어 모터의 현재 토크값을 산출할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 연산부(204)는 현재 토크값을 이용하여 현재 토크율을 산출할 수 있다. 여기서, 현재 토크율은 모터의 정격 토크값 대비 현재 토크값의 비율로 정의될 수 있다. 한편, 정격 토크값은 모터의 종류, 사양에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 모터의 정격 토크값 대비 현재 토크값의 비율인 현재 토크율을 토크 저감 판단의 기준 지표로 이용함으로써, 서로 상이한 모터의 종류, 사양에 관계 없이 토크를 대비할 수 있다.
검출부(206)는 현재 토크율을 미리 정해진 한계 토크율과 비교하여 커플링의 손상을 검출하는 기능을 수행한다. 여기서 한계 토크율은 모터의 정격 토크값 대비 커플링이 손상되었다고 판단되는 미리 정해진 최저 토크값의 비율로 정의된다.
바람직하게는, 검출부(206)는 현재 토크율이 한계 토크율보다 작으면 커플링의 손상이 발생했다고 판단할 수 있다. 예를 들어, 한계 토크율이 70%인 경우, 연산부(204)에 의해 산출된 현재 토크율이 60%이면 커플링이 손상되었다고 판단할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 검출부(206)는 일정시간동안 현재 토크율이 한계 토크율보다 작은 경우에만 커플링의 손상이 발생했다고 판단할 수 있다. 예를 들어, 현재 토크율 산출 과정에서 노이즈가 발생할 수 있다. 이 경우, 노이즈로 인하여 산출된 현재 토크율은 실제의 현재 토크율과 상이할 것이며, 노이즈로 인하여 커플링이 손상되었다고 잘못 판단할 수 있다.
이를 방지하기 위하여, 검출부(206)는 미리 정해진 시간 간격으로 현재 토크율과 한계 토크율을 비교하고, 비교 결과 현재 토크율이 한계 토크율보다 작은 경우 카운트를 증가시킬 수 있다. 또한, 위 과정을 반복하여 카운트가 미리 설정된 카운트에 도달하면 커플링의 손상이 발생했다고 판단할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 본 발명의 커플링 손상 검출 장치는 제어부(208) 및 경고부(210)를 더 포함할 수 있다.
제어부(208)는 검출부(206)를 통해 커플링의 손상이 검출되면, 부하의 운전을 정지시키는 기능을 수행한다. 이를 위하여, 제어부(208)는 인버터에 운전을 정지키시는 지령을 전송할 수 있다.
경고부(210)는 커플링의 손상이 검출되면, 경고음 또는 경고 메시지를 출력하여 사용자에게 운전을 정지할 것을 알릴 수 있다.
이하에서는, 실시예를 통해 본 발명의 현재 토크율의 산출 과정을 상세히 설명한다. 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 현재 토크율 산출 과정의 개략도이다. 도 3을 참조하면, 인버터(302)는 설정된 지시 주파수(fo*)에 따라, d축 전압 지령치(Vd*), q축 전압 지령치(Vq*)를 산출할 수 있다. 인버터(302)의 전류 제어에 따라 3상의 출력전류(ia, ib, ic)가 출력되며, 모터(304)를 지시 주파수(fo*)에 따른 속도(ω)로 구동시킬 수 있다. 커플링(306)은 모터(304)의 동력을 부하(308)에 전달한다.
도 3에서, 모터의 현재 토크값은 연산부(204)에 의해 산출될 수 있다. 구체적으로, 연산부(204)는 지시 주파수(fo*)에 따른 인버터의 출력 전류(ia, ib, ic) 및 전압 지령치(Vd*, Vq*)에 기초하여 모터의 출력(파워)를 산출한다(S32).
그다음, 모터의 출력 및 모터의 속도(ω)를 이용하여 모터의 현재 토크값을 산출한다(S34). 바람직하게는, 모터의 출력을 모터의 속도(ω)로 나누어 모터의 현재 토크값을 산출할 수 있다.
마지막으로, 단계(S34)에서 산출된 현재 토크값과 정격 토크값을 이용하여 현재 토크율을 산출한다(S38). 정격 토크값은 모터 명판에 기록된 모터 사양 정보로부터 알 수 있으며, 정격 토크값이 미리 메모리에 저장될 수 있다. 바람직하게는, 현재 토크값을 정격 토크값으로 나누어 정격 토크값 대비 현재 토크값의 비율을 현재 토크율로 산출할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 커플링의 손상 검출 방법의 순서도이다. 도 4를 참조하면, 먼저 부하가 정상 운전 상태인지 여부를 판단한다(S402). 전술한 바와 같이, 정상 운전 상태는 지시 주파수(fo*)에 따른 속도(ω)로 모터가 구동되어 부하에 동력이 정상적으로 전달되는 상태를 의미하며, 지시 주파수(fo*)를 미리 정해진 기준 주파수와 비교하여 부하가 정상 운전 상태인지 여부를 판단할 수 있다. 바람직하게는, 감지부(202)는 지시 주파수(fo*)가 미리 정해진 기준 주파수보다 크면 부하가 정상 운전 상태라고 판단할 수 있다.
그다음, 부하가 정상 운전 상태라고 판단되면, 지시 주파수(fo*)에 따른 모터의 출력 및 모터의 속도를 이용하여 모터의 현재 토크값을 산출한다. 모터의 현재 토크값을 산출하는 과정은 도 3에서 설명한 바와 같으며, 모터의 현재 토크값 및 모터의 정격 토크값 대비 현재 토크값의 비율인 현재 토크율을 산출할 수 있다.
그 다음, 단계(S404) 내지 단계(S412)를 통해 커플링의 손상을 검출한다.
먼저, 카운트를 초기화하고(S404), 일정 시간 간격으로 현재 토크율과 한계 토크율을 비교한다. 비교 결과 현재 토크율이 한계 토크율보다 작으면(S406), 카운트가 미리 설정된 카운트(n)에 도달했는지 여부를 판단한다(S408). 카운트가 미리 설정된 카운트(n)에 도달하지 않은 경우에는 카운트를 증가시키며(S410), 카운트가 미리 설정된 카운트(n)에 도달할 때까지 단계(S406) 내지 단계(410)를 반복 수행한다.
마지막으로, 단계(S408)에서 카운트가 미리 설정된 카운트(n)에 도달하면, 커플링의 손상이 발생했다고 판단한다(S412).
본 발명의 실시예에서, 도 4에는 도시되지 않았으나 단계(S412) 이후에 커플링의 손상이 검출되면 부하의 운전을 정지시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한 본 발명의 다른 실시예에서, 커플링의 손상이 검출되면 경고음 또는 경고 메시지를 출력하는 단계를 더 포함할 수 있다.
전술한 바와 같은 본 발명에 의하면, 모터의 정격 토크값 대비 현재 토크값의 비율을 한계 토크율과 비교하여 커플링의 손상을 검출함으로써, 커플링 손상에 따른 설비의 2차 피해를 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 별도의 추가적인 설비의 설치 없이도 기존의 설비를 그대로 이용할 수 있어 비용을 크게 절감시킬 수 있는 장점이 있다.
전술한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.

Claims (7)

  1. 인버터와 연결되는 모터의 동력을 부하에 전달하는 커플링의 손상을 검출하는 방법에 있어서,
    상기 인버터의 지시 주파수에 기초하여 상기 부하가 정상 운전 상태인지 여부를 판단하는 단계;
    상기 부하가 정상 운전 상태라고 판단되면, 상기 지시 주파수에 따른 상기 모터의 출력 및 상기 모터의 속도를 이용하여 상기 모터의 현재 토크값을 산출하는 단계; 및
    상기 모터의 정격 토크값 대비 상기 현재 토크값의 비율인 현재 토크율을 미리 정해진 한계 토크율과 비교하여 상기 커플링의 손상을 검출하는 단계
    를 포함하는 커플링의 손상 검출 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 부하가 정상 운전 상태인지 여부를 판단하는 단계는
    상기 지시 주파수가 미리 정해진 기준 주파수보다 크면, 상기 부하가 정상 운전 상태라고 판단하는 단계를 포함하는
    커플링의 손상 검출 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 모터의 현재 토크값을 산출하는 단계는
    상기 지시 주파수에 따른 상기 인버터의 출력 전류 및 상기 인버터의 전압 지령치를 이용하여 상기 모터의 출력을 산출하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 커플링의 손상 검출 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 커플링의 손상을 검출하는 단계는
    상기 현재 토크율이 상기 한계 토크율보다 작으면 상기 커플링의 손상이 발생했다고 판단하는 단계
    를 포함하는 커플링의 손상 검출 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 커플링의 손상을 검출하는 단계는
    미리 정해진 시간 간격으로 상기 현재 토크율과 상기 한계 토크율을 비교하는 단계;
    비교 결과 상기 현재 토크율이 상기 한계 토크율보다 작으면 카운트를 증가시키는 단계; 및
    상기 현재 토크율과 상기 한계 토크율을 비교하는 단계 및 상기 카운트를 증가시키는 단계를 반복하여 상기 카운트가 미리 설정된 카운트에 도달하면 상기 커플링의 손상이 발생했다고 판단하는 단계
    를 포함하는 커플링의 손상 검출 방법
  6. 제1항에 있어서,
    상기 커플링의 손상이 검출되면 상기 부하의 운전을 정지시키는 단계
    를 더 포함하는 커플링의 손상 검출 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 커플링의 손상이 검출되면 경고음 또는 경고 메시지를 출력하는 단계
    를 더 포함하는 커플링의 손상 검출 방법.
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