KR20220123798A

KR20220123798A - 더블 센서 타입 ｓｒ 모터

Info

Publication number: KR20220123798A
Application number: KR1020210027172A
Authority: KR
Inventors: 사또기이찌
Original assignee: 주식회사 쎈텍
Priority date: 2021-03-02
Filing date: 2021-03-02
Publication date: 2022-09-13
Also published as: KR102566168B1

Abstract

본 발명은 펄스생성부(P1)에서 생성된 입력펄스의 H 폭이 15msec보다 작을 경우 저속회전상태로 판단하고 펄스생성부(P1)에서 생성된 입력펄스의 H 폭이 15msec 이상일 경우 고속회전상태로 판단하여, 펄스비교부(P2)에서 드라이버(D)로 하여금 A상 드라이브신호 및 B상 드라이브신호로 로터(R)를 제어하도록 하여 진동 및 열 발생을 최소화하면서 고속회전까지 가능하게 하는 더블 센서 타입 SR 모터에 관한 발명이다.

Description

더블 센서 타입 ＳＲ 모터{DOUBLE SENSOR TYPE SR MOTOR}

본 발명은 더블 센서 타입 SR 모터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 제1센서 및 제2센서로서 로터의 저속회전상태 및 고속회전상태를 감지하여 고속에서도 안정적으로 회전할 수 있도록 한 더블 센서 타입 SR 모터에 관한 것이다.

일반적으로 SR 모터(Switched Reluctance Motor)는 다상의 고정자에 코일을 감고 이들 코일에 공급되는 전원을 스위칭하여 회전토크를 발생시키는 모터이다.

로터(Rotor)와 고정자(Stator)간의 여자상태를 순차적으로 가변시키면 자기흡입력에 의하여 정방향 회전토크가 발생하고, 여자상태를 변화시키지 않으면 로터가 정지하며, 최대 인덕턴스 형상을 기점으로 스위칭소자에 인가되는 입력펄스신호의 위상을 제어하면 역회전력이 발생된다.

그런데, 종래의 SR 모터는 회전토크를 제어하는데 불리하고 그 성능도 떨어져 좋지 않으며, 특히 고속회전시 과열 및 진동이 발생하고, 회전제어 타이밍이 불안정할 뿐만 아니라 그 제어가 단순하지 않고 심지어 오작동하는 현상까지 발생하는 문제점을 안고 있다.

나아가, 종래의 SR 모터는 100,000rpm 이상의 회전속도를 얻는 것이 쉽지 않고, 고속회전시 발생되는 강한 진동이나 발열들을 해결하기 위해서는 PLL같은 복잡한 드라이버를 필요로 하는 문제점을 안고 있다.

대한민국 등록특허공보 제1944726호

본 발명의 목적은 제1센서 및 제2센서로서 로터의 저속회전상태 및 고속회전상태를 감지하여 고속에서도 안정적으로 회전할 수 있도록 한 더블 센서 타입 SR 모터를 제공함에 있다.

본 발명의 목적은 로터가 항상 회전방향의 고정자에 의해 이끌려 고속회전을 할 수 있으며, SR 모터의 진동이나 발열 또한 줄일 수 있도록 한 더블 센서 타입 SR 모터를 제공함에 있다.

본 발명의 목적은 펄스생성부에서 생성된 입력펄스의 H 폭이 15msec보다 작을 경우 저속회전상태로 판단하고 펄스생성부에서 생성된 입력펄스의 H 폭이 15msec 이상일 경우 고속회전상태로 판단하여, 펄스비교부에서 드라이버로 하여금 A상 드라이브신호 및 B상 드라이브신호로 로터를 제어토록 하여 진동 및 열 발생을 최소화하면서 고속회전까지 가능하게 한 더블 센서 타입 SR 모터를 제공함에 있다.

본 발명의 목적은 제1센서 및 제2센서의 2단계로 로터를 제어토록 하여 로터가 정지되어 있는 상태에서 시동하기까지의 저속회전상태 그리고 그 이후의 고속회전상태를 안정적으로 유지할 수 있도록 한 더블 센서 타입 SR 모터를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은,

로터 및 고정자를 지닌 SR 모터와, 상기 로터의 회전을 제어하는 드라이버를 포함하는 더블 센서 타입 SR 모터에 있어서,

상기 로터의 저속회전상태 및 고속회전상태를 각각 감지하는 제1센서 및 제2센서와,

상기 제1센서에서 상기 로터의 저속회전상태를 감지할 경우 상기 드라이버로 하여금 A상 드라이브신호로 상기 로터를 제어하도록 하는 한편 상기 제2센서에서 상기 로터의 고속회전상태를 감지할 경우 상기 드라이버로 하여금 B상 드라이브신호로 상기 로터를 제어하도록 하는 회전속도 변별부를 포함하는 것을 그 기술적 구성상의 기본 특징으로 한다.

본 발명은 제1센서 및 제2센서로서 로터의 저속회전상태 및 고속회전상태를 감지하여 고속에서도 안정적으로 회전할 수 있도록 하는 효과가 있다.

본 발명은 로터가 항상 회전방향의 고정자에 의해 이끌려 고속회전을 할 수 있으며, SR 모터의 진동이나 발열 또한 줄일 수 있도록 하는 효과가 있다.

본 발명은 펄스생성부에서 생성된 입력펄스의 H 폭이 15msec보다 작을 경우 저속회전상태로 판단하고 펄스생성부에서 생성된 입력펄스의 H 폭이 15msec 이상일 경우 고속회전상태로 판단하여, 펄스비교부에서 드라이버로 하여금 A상 드라이브신호 및 B상 드라이브신호로 로터를 제어토록 하여 진동 및 열 발생을 최소화하면서 고속회전까지 가능하게 하는 효과가 있다.

본 발명은 제1센서 및 제2센서의 2단계로 로터를 제어토록 하여 로터가 정지되어 있는 상태에서 시동하기까지의 저속회전상태 그리고 그 이후의 고속회전상태를 안정적으로 유지할 수 있도록 하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 더블 센서 타입 SR 모터를 나타내는 구조도.
도 2는 본 발명에 따른 더블 센서 타입 SR 모터를 나타내는 블록도.
도 3은 본 발명에 따른 더블 센서 타입 SR 모터를 설명하기 위한 구동 타이밍을 나타내는 파형도.
도 4는 본 발명에 따른 더블 센서 타입 SR 모터를 설명하기 위한 전류파형을 나타내는 그래프.
도 5는 본 발명에 따른 더블 센서 타입 SR 모터를 설명하기 위한 블록도.

본 발명에 따른 더블 센서 타입 SR 모터의 바람직한 실시예를 도면을 참조하면서 설명하기로 하고, 그 실시예로는 다수 개가 존재할 수 있으며, 이러한 실시예를 통하여 본 발명의 목적, 특징 및 이점들을 더욱 잘 이해할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 더블 센서 타입 SR 모터를 나타내는 구조도이고, 도 2는 본 발명에 따른 더블 센서 타입 SR 모터를 나타내는 블록도이며, 도 3은 본 발명에 따른 더블 센서 타입 SR 모터를 설명하기 위한 구동 타이밍을 나타내는 파형도이다.

본 발명에 따른 더블 센서 타입 SR 모터는 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 로터(R) 및 고정자(S)를 지닌 SR 모터(M)와, 로터(R)의 회전을 제어하는 드라이버(D)를 포함하며, 드라이버(D)로서 로터(R)의 회전을 제어할 수 있도록 한다.

구체적으로, 본 발명에 따른 더블 센서 타입 SR 모터는 로터(R)의 저속회전상태 및 고속회전상태를 각각 감지하는 제1센서(SS1) 및 제2센서(SS2)와, 제1센서(SS1)에서 로터(R)의 저속회전상태를 감지할 경우 드라이버(D)로 하여금 A상 드라이브신호로 로터(R)를 제어하도록 하는 한편 제2센서(SS2)에서 로터(R)의 고속회전상태를 감지할 경우 드라이버(D)로 하여금 B상 드라이브신호로 로터(R)를 제어하도록 하는 회전속도 변별부(P)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

즉, 본 발명에 따른 더블 센서 타입 SR 모터는 제1센서(SS1) 및 제2센서(SS2)로서 로터(R)의 저속회전상태 및 고속회전상태를 감지하여 고속에서도 안정적으로 회전할 수 있도록 한 것이다.

구체적으로, 본 발명에 따른 더블 센서 타입 SR 모터를 2상의 경우로서 설명한다.

도 1에서 저속회전상태를 감지하기 위한 제1센서(SS1)와 더불어 제1센서(SS1)의 날개(SS1a)를 확인할 수 있고, 고속회전상태를 감지하기 위한 제2센서(SS2)와 더불어 제2센서(SS2a)의 날개를 확인할 수 있다.

그리고, 도 3에 도시된 바와 같이 신호(5)가 제1센서(SS1)로부터 나오는 신호이고, 신호(6)이 A상을 드라이브하는 신호이고, 신호(7)이 B상을 드라이브하는 신호이다.

신호(7)은 제어회로에 의해 신호(6)에서부터 만들어지고, 신호(8)과 신호(9)가 제2센서(SS2)에서 만들어진다.

예를 들어, 2상으로 된 본 발명에 따른 더블 센서 타입 SR 모터는 제1센서(SS1)의 신호로 시동된다. 그리고 일정 회전속도에 도달하면 회전속도 변별부(P)에 의해 자동적으로 SR 모터(M)의 구동을 신호(6) 및 신호(7)에서 신호(8) 및 신호(9)로 이행한다. SR 모터(M)가 정지할 때는 자동적으로 제1센서(SS1)에 의해 제어된다.

도 4는 본 발명에 따른 더블 센서 타입 SR 모터를 설명하기 위한 전류파형을 나타내는 그래프이다.

직류모터는 N극과 S극은 서로 당기고, N극과 N극은 S극과 S극은 서로 반발하는 작용을 이용하여 회전하고 있다.

그러나, SR 모터(M)는 직류모터이지만 자극의 인력과 반발작용을 이용하지 않는다. 그러므로 고정자(S)의 코일에 흐르는 전류는 항상 로터(R)를 당긴다.

SR 모터(M)의 시동시 신호(6)이 고정자(S)의 코일의 A상에 흐를 경우 신호(7)이 B상에 흐른다. 이것을 번갈아 가면서 로터(R)가 회전하게 된다.

그런데, 시동시에 있어서는 도 4에 도시된 바와 같이 전류의 오버랩(13)이 발생한다. 따라서 약간의 힘의 차이는 있지만 로터(R)는 A상에서도 B상에서도 서로 당긴다. 로터(R)의 회전이 빨라지면 이 힘의 차이는 작아지고 회전속도의 한계에 도달하면서 모터의 진동이나 발열을 일으킨다.

여기서, 로터(R)가 시동하고 고속의 회전속도에 도달하면 회전속도 변별부(P)에 의해서 A상과 B상을 구동하는 타이밍이 신호(6)에서 신호(8)로, 신호(7)에서 신호(9)로 자동적으로 변한다.

그리고, 전류파형(15)도 도 4에 도시된 바와 같이 전류파형(16)과 같이 된다. 그리고 전류의 오버랩(14)에 나타낸 것과 같이 전류의 오버랩(14)은 존재하지 않게 되는 것이다.

즉, 로터(R)는 항상 회전방향의 고정자(S)에 의해 이끌려 고속회전을 할 수 있게 되고, SR 모터(M)의 진동이나 발열 또한 작아지게 되는 것이다.

이때, 제2센서(SS2)를 설계하면 100,000rpm 이상도 가능하며, 저렴한 SR 모터(M)와 간단한 드라이버(D)를 사용하여 100,000rpm 이상의 회전속도를 얻을 수 있게 되는 것이다. 게다가 SR 모터(M)의 발열이나 진동까지 줄일 수 있어 바람직하게 된다.

본 발명에 따라, 회전속도 변별부(P)는 제1센서(SS1)에서 감지된 로터(R)의 저속회전상태 및 제2센서(SS2)에서 감지된 로터(R)의 고속회전상태로서 입력펄스를 각각 생성시키는 펄스생성부(P1)와, 펄스생성부(P1)에서 생성된 입력펄스의 H(High) 폭이 15msec보다 작을 경우 저속회전상태로 판단하고 펄스생성부(P1)에서 생성된 입력펄스의 H 폭이 15msec 이상일 경우 고속회전상태로 판단하여 드라이버(D)로 하여금 A상 드라이브신호 및 B상 드라이브신호로 로터(R)를 제어하도록 하는 펄스비교부(P2)를 포함할 수 있다.

이때, 펄스비교부(P2)에서 판단한 저속회전상태 및 고속회전상태의 기준은 1,000rpm인 것을 특징으로 한다.

도 5는 본 발명에 따른 더블 센서 타입 SR 모터를 설명하기 위한 블록도이다.

도 5에서 일점쇄선라인이 제1센서(SS1)의 신호이고, 이점쇄선라인이 제2센서(SS2)의 신호이며, SR 모터(M)의 회전속도가 1,000rpm 이상이 되면 제2센서(SS2)가 선택되고 1,000rpm 이하일 경우 제1센서(SS1)가 선택된다.

이때, 펄스생성부(P1)에 의해 제1센서(SS1)에서 감지된 입력펄스의 H 폭이 15msec 이상일 경우 경우 펄스비교부(P2)에서 저속회전상태인 1,000rpm 이하로 판단하고, 펄스생성부(P1)에 의해 제2센서(SS2)에서 감지된 입력펄스의 H 폭이 15msec보다 작을 경우 1,000rpm 이상으로 판단하여, 즉 펄스생성부(P1)에서 생성된 입력펄스의 H 폭이 15msec보다 작을 경우 저속회전상태로 판단하고 펄스생성부(P1)에서 생성된 입력펄스의 H 폭이 15msec 이상일 경우 고속회전상태로 판단하여 펄스비교부(P2)에서 드라이버(D)로 하여금 A상 드라이브신호 및 B상 드라이브신호로 로터(R)를 제어하도록 하여 진동 및 열 발생을 최소화하면서 고속회전까지 가능하게 하는 것이다.

그리고, SR 모터(M)가 1,000rpm 되었을 때 고속회전상태로 전환되면 제1센서(SS1)에서 제2센서(SS2)로 전화되면서 약 33Hz의 입력펄스가 나오고, 이 33Hz 입력펄스의 H 부분이 약 15msec가 된다.

이 입력펄스의 폭을 감시하고 15msec보다 짧을 경우 고속회전상태로 전환될 수 있도록 하는 것이다.

이때, 15msec의 입력펄스를 만드는 것이 펄스생성부(P1)이고, 이를 식으로 표시하면 C = 1uF, R = 15KΩ로 15msec의 입력펄스가 나올 수 있게 되며, 제1센서(SS1) 및 제2센서(SS2)로부터의 입력펄스의 폭을 비교하는 것이 펄스비교부(P2)가 된다.

도 4를 구체적으로 설명하면, 일반적인 SR 모터(M)는 전류파형(11)이 흘러가기 시작함과 동시에 전류파형(12)이 오버랩(13)되게 된다.

다시, 전류파형(15) 및 전류파형(16)을 보면, 로터(R)가 고속회전상태로 회전하고 있고, SR 모터(M)의 로터(R)는 역학적(力學的) 한계까지 고속회전을 가능하게 되는 것이다.

반면, 일반 DC 모터는 역학적으로 한계가 되기 전에 전자기적(電磁氣的) 한계에 의해 회전속도가 제한되는데, 본 발명에서는 제1센서(SS1) 및 제2센서(SS2)의 2단계로 로터(R)를 제어토록 하여 로터(R)가 정지되어 있는 상태에서 시동하기까지의 저속회전상태 그리고 그 이후의 고속회전상태를 안정적으로 유지할 수 있도록 한 것이다.

전류파형(11)은 저속회전상태로 회전하고 있을 때의 파형이다.

우선 시동할 수 없는 곳이 있으면 안 되기 때문에 완전한 연속성이 필요하나, 초기 회전이 시작되면 오버랩(13)이 발생할 수밖에 없는데, 본 발명에 따른 더블 센서 타입 SR 모터는 전류의 오버랩(14)이 없도록 하여 보다 안정된 상태로 고속회전상태를 유지케 하여 로터(R)의 회전 밸런스를 유지할 수 있도록 한 것이다.

본 발명은 다상의 고정자에 코일을 감고 이들 코일에 공급되는 전원을 스위칭하여 회전토크를 발생시키는 SR 모터 관련 산업분야에 이용 가능하다.

M : SR 모터 R : 로터
S : 고정자 D : 드라이버
SS10 : 제1센서 SS20 : 제2센서
P : 회전속도 변별부 P1 : 펄스생성부
P2 : 펄스비교부

Claims

로터(R) 및 고정자(S)를 지닌 SR 모터(M)와, 상기 로터(R)의 회전을 제어하는 드라이버(D)를 포함하는 더블 센서 타입 SR 모터에 있어서,
상기 로터(R)의 저속회전상태 및 고속회전상태를 각각 감지하는 제1센서(SS1) 및 제2센서(SS2)와,
상기 제1센서(SS1)에서 상기 로터(R)의 저속회전상태를 감지할 경우 상기 드라이버(D)로 하여금 A상 드라이브신호로 상기 로터(R)를 제어하도록 하는 한편 상기 제2센서(SS2)에서 상기 로터(R)의 고속회전상태를 감지할 경우 상기 드라이버(D)로 하여금 B상 드라이브신호로 상기 로터(R)를 제어하도록 하는 회전속도 변별부(P)를 포함하는 것을 특징으로 하는 더블 센서 타입 SR 모터.
제1항에 있어서,
상기 회전속도 변별부(P)는
상기 제1센서(SS1)에서 감지된 상기 로터(R)의 저속회전상태 및 상기 제2센서(SS2)에서 감지된 상기 로터(R)의 고속회전상태로서 입력펄스를 각각 생성시키는 펄스생성부(P1)와,
상기 펄스생성부(P1)에서 생성된 입력펄스의 H 폭이 15msec보다 작을 경우 저속회전상태로 판단하고 상기 펄스생성부(P1)에서 생성된 입력펄스의 H 폭이 15msec 이상일 경우 고속회전상태로 판단하여 상기 드라이버(D)로 하여금 A상 드라이브신호 및 B상 드라이브신호로 상기 로터(R)를 제어하도록 하는 펄스비교부(P2)를 포함하는 것을 특징으로 하는 더블 센서 타입 SR 모터.
제2항에 있어서,
상기 펄스비교부(P2)에서 판단한 저속회전상태 및 고속회전상태의 기준은 1,000rpm인 것을 특징으로 하는 더블 센서 타입 SR 모터.