KR20170016699A - 영구자석형 전동기의 감자상태 진단 장치 및 그 방법 - Google Patents
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Abstract
발명의 실시예에 따른 영구자석형 전동기의 감자상태 진단 장치는 영구자석의 역기전압을 측정하는 역기전압 측정부; 상기 역기전압에 대해 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform)을 실시하는 푸리에 변환부; 및 상기 고속 푸리에 변환된 고조파 역기전압과 미리 정해진 값을 이용하여 상기 영구자석의 감자 상태를 진단하는 감자상태 진단부;를 포함한다.
Description
본 발명은 영구자석형 전동기의 감자상태 진단 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 역기전압의 고조파를 이용하여 영구자석형 전동기의 감자상태를 진단하는 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
영구자석형 전동기는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 연료전지 자동차 등에서 이용할 수 있고, 그 이외에도 영구자석형 전동기를 사용할 수 있는 산업 전반에 적용 가능하다. 영구자석형 전동기는 영구자석을 이용하여 구동력을 발생하는데 영구자석의 자화의 세기는 그 동작 환경, 특히 인가되는 약계자 전류의 크기와 전동기의 동작온도에 따라 영구적인 변화가 일어날 수 있다. 이 경우 전동기는 원하는 구동력을 발생시킬 수 없고, 이로 인해 전기자동차의 경우 가속능력과 연료 절감 효과가 급격히 저하되는 현상이 발생한다.
따라서 영구자석의 자기의 세기를 검출하여 그 세기가 줄어든 감자가 발생하였는지 여부를 정확하게 확인할 수 있는 감자상태 진단방법에 대한 기술적 수요가 높아지고 있다.
본 발명은 영구자석형 전동기에서 회전자의 영구자석에 불가역 감자가 발생하였을 때, 역기전압 값에 대한 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform, FFT)을 이용하여 감자 유무를 확인할 수 있는 장치 및 그 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
발명의 실시예에 따른 영구자석형 전동기의 감자상태 진단 장치는 영구자석의 역기전압을 측정하는 역기전압 측정부; 상기 역기전압에 대해 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform)을 실시하는 푸리에 변환부; 및 상기 고속 푸리에 변환된 고조파 역기전압과 미리 정해진 값을 이용하여 상기 영구자석의 감자 상태를 진단하는 감자상태 진단부;를 포함한다.
발명의 실시예에 따른 영구자석형 전동기의 감자상태 진단 방법은 영구자석의 역기전압을 측정하는 단계; 상기 측정된 역기전압 값에 대해 고속 푸리에 변환을 실시하는 단계; 및 상기 푸리에 변환된 고조파 역기전압과 미리 정해진 값을 이용하여 상기 영구자석의 감자 상태를 진단하는 단계를 포함한다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 영구자석형 전동기의 감자상태 진단 장치 및 그 방법에 의하면 양구자석형 전동기의 불가역 감자를 정확히 판단할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 영구 자석 전동기의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 균등 감자의 쇄교자속 및 역기전압 파형을 나타낸 도면이다.
도 3은 불균등 감자의 쇄교자속 및 역기전압 파형을 나타낸 도면이다.
도 4는 편중 감자의 쇄교자속 및 역기전압 파형을 나타낸 도면이다.
도 5는 각 감자 상황에 따른 역기전압 FFT 분석 결과를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 영구자석형 전동기의 감자상태 진단 장치의 구성도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 영구자석형 전동기의 감자상태 진단 방법의 흐름도이다.
도 2는 균등 감자의 쇄교자속 및 역기전압 파형을 나타낸 도면이다.
도 3은 불균등 감자의 쇄교자속 및 역기전압 파형을 나타낸 도면이다.
도 4는 편중 감자의 쇄교자속 및 역기전압 파형을 나타낸 도면이다.
도 5는 각 감자 상황에 따른 역기전압 FFT 분석 결과를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 영구자석형 전동기의 감자상태 진단 장치의 구성도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 영구자석형 전동기의 감자상태 진단 방법의 흐름도이다.
본 발명은 다양한 변형 및 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 영구 자석 전동기의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다. 영구자석 동기 전동기는 고정자(120)에 감겨 있는 고정자 권선(130)에 의해 발생하는 자속과, 회전자(110)에 부착된 영구자석(140)에 의해 발생하는 자속에 의해 회전 토크가 발생하며 그 크기는 두 자속의 외적에 비례한다. 자속의 방향은 영구자석의 N극의 방향으로 정하며, 자속의 방향은 고정자권선의 전류에 의해 각각 발생하는 자속들의 합으로써, 입력 전압의 주파수에 비례하는 속도로 회전한다.
영구자석 동기 전동기는 회전 속도가 입력 전압의 주파수에 비례하므로, 원하는 속도로 회전시키기 위해서는 입력 주파수를 임의대로 조정할 수 있어야 하며, 이를 위하여 일반적으로 인버터를 이용하여 구동 시스템을 구성한다.
도 2(a)는 균등 감자의 쇄교자속을, 도 2(b)는 균등 감자의 역기전압 파형을 각각 나타낸 도면이다. 도면에서는 감자가 발생하지 않은 경우, 모든 자석에 50%의 동일한 비율로 감자가 발생한 경우 및 모든 자석이 70%의 동일한 비율로 감자가 발생하는 상황에서의 쇄교자속 및 역기전압(Back Electro Motive Force) 파형을 나타낸 것으로 감자가 발생할수록 쇄교자속 및 역기전압이 감소함을 확인할 수 있다. 다만 감자가 발생한 경우에도, 도면에서 확인할 수 있는 바와 같이 N극과 S극에 균등한 비율로 감자가 발생하면 감자의 정도에 따른 쇄교자속 및 역기전압의 차이를 상대적으로 명확히 확인할 수 있다.
도 3(a)는 불균등 감자의 쇄교자속을, 도 3(b)는 불균등 감자의 역기전압 파형을 나타낸 도면이다. 도면에서는 감자가 발생하지 않은 경우, N극에 50%와 S극에 60%의 감자가 발생한 경우 및 N극에 50%와 S극에 70%의 감자가 발생한 경우에서의 쇄교자속 및 역기전압 파형을 나타낸 것으로 감자가 발생할수록 쇄교자속 및 역기전압이 감소함을 확인할 수 있다. 다만 감자가 발생한 경우에도, 도면에서 확인할 수 있는 바와 같이 N극과 S극에 불균등한 비율로 감자가 발생하면 감자의 정도에 따른 쇄교자속 및 역기전압의 차이가 도 3의 경우에 비해 상대적으로 불분명함을 확인할 수 있다.
도 4(a)는 편중 감자의 쇄교자속을, 도 4(b)는 편중 감자의 역기전압 파형을 나타낸 도면이다. 도면에서는 감자가 발생하지 않은 경우, N극에만 50%의 감자가 발생한 경우 및 N극에만 70%의 감자가 발생한 경우에서의 쇄교자속 및 역기전압 파형을 나타낸 것으로 감자가 발생할수록 쇄교자속 및 역기전압이 감소함을 확인할 수 있다. 다만 감자가 발생한 경우에도, 도면에서 확인할 수 있는 바와 같이 감자가 어느 한극에만 편중하여 발생하면 감자의 정도에 따른 쇄교자속 및 역기전압의 차이가 도 3의 경우에 비해 상대적으로 불분명함을 확인할 수 있다.
또한 감자가 발생하지 않은 경우와 어느 하나의 극에만 감자가 발생한 경우의 쇄교자속 및 역기전압이 유사하므로 쇄교자속 및 역기전압을 기준으로 감자를 판단하기에 어려움이 있다.
도 5는 도 2 내지 도 4의 각 감자 상황에 따른 역기전압 FFT 분석 결과를 나타낸 도면이다. 도시된 바와 같이, 균등감자 조건에서는 감자가 발생함에 따라 기본파 성분의 크기가 낮아지지만 2, 4 고조파 성분이 나타나지는 않는다. 하지만 불균등감자와 편중감자 조건에서는 2, 4 고조파 성분을 확인할 수 있다. 일반적으로 영구자석은 모든 자석이 동일한 비율로 감자가 발생할 확률이 매우 낮고, 대부분 불균등 감자 및 편중 감자가 발생하므로 역기전압 FFT 분석 결과를 이용하여 불가역 감자를 검출할 수 있다. 도면에서는 N극에 50%와 S극에 60%의 감자가 발생한 경우에서부터 2, 4 고조파 성분을 확인할 수 있으므로 2, 4 고조파에서 감자의 검출기준을 정하여 미리 정해진 값 이상인 경우 감자가 발생한 것으로 판단할 수 있다. 또한 감자의 검출기준은 필요에 따라 다르게 설정될 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 영구자석형 전동기의 감자상태 진단 장치의 구성도이다. 본 발명의 실시예에 따른 영구자석형 전동기의 감자상태 진단 장치(300)는 역기전압 측정부(310), 푸리에 변환부(320) 및 감자상태 진단부(330)를 포함한다. 역기전압 측정부(310)는 영구자석에 흐르는 역기전압을 측정한다. 푸리에 변환부(320)는 측정된 역기전압 값에 대해 고속 푸리에(Fast Fourier Transform, FFT) 변환을 수행한다. 고속 푸리에 변환을 통해 기본파, 2 고조파 및 4 고조파의 역기전압이 측정될 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이 N극에 50%와 S극에 60%의 감자가 발생한 경우에서부터 2, 4 고조파 성분을 확인할 수 있으므로 감자상태 진단부(330)는 2, 4 고조파에서 감자의 판단기준을 정하여 미리 정해진 값 이상인 경우 감자가 발생한 것으로 판단할 수 있다. 또한 제어부(미도시)에서는 감자상태로 판단되는 검출기준을 변경할 수 있고 감자상태 진단부(330)는 설정된 기준에 따라 감자여부를 판단할 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 영구자석형 전동기의 감자상태 진단 방법의 흐름도이다. 처음으로, 영구자석의 역기전압을 측정하고(S100), 측정된 역기전압 값에 대해 고속 푸리에 변환을 실시한다(S200). 푸리에 변환을 통해 역기전압의 기본파 외에도, 2 고조파 및 4 고조파를 구할 수 있다.
다음으로 감자상태 진단부(330)는 푸리에 변환된 역기전압의 2 고조파 및 4 고조파로부터 영구자석의 감자 여부를 판단한다. 즉, 2 고조파 및 4 고조파의 역기전압이 미리 정해진 값 이상인 경우 감자가 발생한 것으로 판단한다. 감자의 판단 기준이 되는 역기전압은 2 고조파 및 4 고조파에서 서로 다르게 설정될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 영구자석형 전동기의 감자상태 진단 장치 및 그 방법을 통해 푸리에 변환된 역기전압의 2, 4 고조파를 이용하여 불가역 감자 여부를 판단할 수 있게 된다.
본 명세서에 기재된 본 발명의 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시 예에 관한 것이고, 발명의 기술적 사상을 모두 포괄하는 것은 아니므로, 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다. 따라서 본 발명은 상술한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 권리범위 내에 있게 된다.
110:
회전자
120: 고정자
130: 고정자 권선
140: 영구자석
300: 감자상태 진단 장치
310: 역기전압 측정부
320: 푸리에 변환부
330: 감자상태 진단부
120: 고정자
130: 고정자 권선
140: 영구자석
300: 감자상태 진단 장치
310: 역기전압 측정부
320: 푸리에 변환부
330: 감자상태 진단부
Claims (7)
- 영구자석의 역기전압을 측정하는 역기전압 측정부;
상기 역기전압에 대해 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform)을 실시하는 푸리에 변환부; 및
상기 고속 푸리에 변환된 고조파 역기전압과 미리 정해진 값을 이용하여 상기 영구자석의 감자 상태를 진단하는 감자상태 진단부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 영구자석형 전동기의 감자상태 진단 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 영구자석의 감자 상태를 판단하는 검출기준을 변경하는 제어부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 영구자석형 전동기의 감자상태 진단 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 고조파는 2 고조파 및 4 고조파 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 영구자석형 전동기의 감자상태 진단 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 감자상태 진단부는 상기 고조파의 역기전압이 미리 정해진 값 이상인 경우 상기 영구자석이 감자된 것으로 진단하는 것을 특징으로 하는 영구자석형 전동기의 감자상태 진단 장치.
- 영구자석의 역기전압을 측정하는 단계;
상기 측정된 역기전압 값에 대해 고속 푸리에 변환을 실시하는 단계; 및
상기 푸리에 변환된 고조파 역기전압과 미리 정해진 값을 이용하여 상기 영구자석의 감자 상태를 진단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 영구자석형 전동기의 감자상태 진단 방법.
- 제5항에 있어서,
상기 고조파 역기전압이 미리 정해진 값 이상인 경우 상기 영구자석이 감자된 것으로 진단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 영구자석형 전동기의 감자상태 진단 방법.
- 제5항에 있어서,
상기 고조파는 2 고조파 및 4 고조파 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 영구자석형 전동기의 감자상태 진단 방법.
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN107340472A (zh) * | 2017-06-30 | 2017-11-10 | 杭州华橙网络科技有限公司 | 一种步进电机运动状态的检测装置及方法 |
| KR20210023357A (ko) * | 2019-08-23 | 2021-03-04 | 현대자동차주식회사 | 전기 모터의 감자현상 예측 시스템 |
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