KR930005881B1 - 모터 구동시스템 - Google Patents

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KR930005881B1
KR930005881B1 KR1019890010273A KR890010273A KR930005881B1 KR 930005881 B1 KR930005881 B1 KR 930005881B1 KR 1019890010273 A KR1019890010273 A KR 1019890010273A KR 890010273 A KR890010273 A KR 890010273A KR 930005881 B1 KR930005881 B1 KR 930005881B1
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히데오 반자이
요이찌 기구까와
시게루 하시다
쇼따로 신도
하루오 히구찌
히로유끼 시노미야
미쯔히로 나까이도
고이찌 사또
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요꼬가와덴기 가부시기가이샤
야마나까 다까시
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Abstract

내용 없음.

Description

모터 구동시스템
제1도는 본 발명의 일실시예에 모터구동시스템의 개략적 블록도.
제2도는 본 발명에 따른 모터구동시스템의 구체적 블록도.
제3~55도는 제2도에 도시한 시스템의 각 성분의 구체적인 구조예를 도시한 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 모터 2 : 센서
21: n×리졸버 22: 1×리졸버
3 : 호스트제어장치 4 : 구동기박스
6 : 다이내믹브레이크 7 : 설정부
11,101 :고정자 12,108 : 회전자
47 : 주제어부 48 : 전력제어부
102 : 고정자석 106a~106c,107a~107c : 여자코일
114 : 코일 115 : 영구자석
231 : 회전자 233 : 고정자
301 : 코드판 302,303 : 슬릿
308,309 : 포토다이오드 400 : 외부 I/F부
401 : 센서 I/F부 402 : 자기리졸버 ID카드
403 : 광학식리졸버 I/D카드 443 : 위상차 카운터
470 : 위치제어부 471 : 위치계산수단
472 : 정류계산수단 474 : 원점처리수단
475 : 위치계산수단 480 : 위치제어수단
482 : 이득표 490 : 속도제어부
4041 : n×카운터 4042 : 1×카운터
4043 : 합성회로 4700 : 스위치
본 발명은 공업용로보트, 프로세싱장치 등에 사용되는 모터구동시스템에 관한 것이다.
이런 모터구동시스템은, 모터의 회전은 센서에 의해 검출되고, 피드백신호로서의 검출신호에 의해 호스트제어장치가 모터의 회전위치와 속도를 제어하기 위한 명령신호를 발생하도록 구성되어 있고, 로보트팔 등의 구동체는 모터가 상기와 같은 피드백제어를 받게 됨으로써 소정속도를 목표위치에 이동된다.
이런 시스템에서, 모터구동회로, 전원 등의 구성요소 및 기타내역은 사용자의 다양한 요구조건에 부응하도록 변형가능한 것이 바람직하다.
또한, 시스템에 명령을 공급하는 호스트제어장치는 다지탈신호형태의 명령값을 공급하거나 애널로그신호 형태의 명령값을 공급하는 등의 다양한 형태를 이루므로, 이들 다양한 호스트제어장치에 모터구동시스템을 접속가능하게 하는 것이 바람직하다. 또한, 모터회전을 검출하는 센서로서 광학식리졸버와 자기리졸버를 사용한다.
일반적으로, 광학식리졸버는 고정밀도 및 고분해능을 지니지만 가격이 비싸고, 자기리졸버는 가격이 저렴하지만 광학식리졸버에 비해 정밀도 및 분해능이 낮다. 이런 특성상의 차이로부터 정밀도 또는 비용의 문제에 따라 광학식리졸버 및 자기리졸버를 적절히 선택하여 사용한다.
종래에는, 광학식리졸버에 특유한 모터구동시스템과 자기리졸버에 특유한 모터구동시스템을 따로따로 제조하였으나, 이런 구성에 의하면, 모터구동시스템은 매번 여기에 사용되는 특별한 센서에 부응하기 위해 적절한 선택을 해야만 한다. 원래 모터구동시스템은 값이 비싸므로, 시스템을 각종의 응용분야에 사용할 경우 시스템을 전부 교체하는 요구조건은 비용의 측면에서 많은 문제점을 지닌다.
또한, 모터구동시스템으로 로보트팔을 구동시킬 때 팔의 위치 등을 확실히 하기 위해 모터의 절대회전위치를 확인해야 할 경우가 있다. 그러나, 절대형 센서는 원래 고가이므로 절대회전위치를 검출할 수 있는 준비가 갖춰진 값싼 시스템이 요망된다.
한편, 센서로서 중량방식이 사용될 경우는 회전위치의 원점이 필요하므로, 비용이 알맞고 정밀도가 높은 원점검출수단이 요망된다.
이상 언급한 바와같이, 모터구동시스템은 많은 요구조건을 필요로 하나, 이런 것들을 동시에 만족시키는 시스템은 아직까지 실현되지 않았다.
본 발명은 상기 언급한 요구조건을 동시에 만족시켜, 호스트제어장치, 센서, 전력 시스템의 작업종류가 풍부하고 사용자의 각종 요구조건에 적합하게 대처할 수 있는 모터구동시스템을 실현하는 것을 그 목적으로 한다.
모터의 피드백제어를 위해 동작하는 시스템에 있어서, 본 발명은 명령신호를 발생하는 호스트제어장치의 종류에 따라 복수의 인터페이스를 지닌 외부인터페이스부와, 모터의 회전을 검출하는 센서의 인터페이스부를 지닌 센서인터페이스부와, 상기 외부인터페이스부로부터 수신된 명령신호 및 센서인터페이스부로부터 수신된 검출신호에 따라 제어신호를 발생하여 모터를 피드백제어하는 주제어부와, 상기 제어신호에 따라 전류를 증폭하고 이 증폭된 전류를 모터의 코일에 공급하는 전력제어부로 이루어진 모터구동시스템에 있어서, 상기 외부인터페이스부, 센서인터페이스부, 주제어부 및 전력제어부는 별개의 카드로 구성된 모듈구조인 것을 특징으로 하는 모터구동시스템에 관한 것이다.
이러한 구성에 따라, 본 발명의 모터구동시스템은 상기 언급한 요구조건을 동시에 만족시킨다.
이하, 본 발명을 도면과 관련하여 상세히 설명한다.
제1도는 본 발명을 실행하는 데 적합한 일실시예로 주어진 모터구동시스템의 개략적 블록도이다. 동도면에서, (1)은 모터, (2)는 모터(1)의 회전을 검출하는 센서, (3)은 피드백제어용 명령신호를 발생하는 호스트제어장치, (4)는 호스트제어장치(3)로부터의 명령신호 및 센서(2)로부터 피드백된 신호에 따라 모터(1)를 피드백제어하는 구동기 박스이며, (6)은 모터(1)를 제동시키는 다이내믹 브레이크이다.
이하, 각 블록의 구체적 구성을 설명한다.
센서(2)는 광학식리졸버 또는 자기리졸버가 사용되는 위상변조형이다.
호스트제어장치(3)에 있어서, (31)은 통신회선 RS232C를 통해 모터의 기동 및 정지명령을 송출하는 퍼스털컴퓨터, (32)는 애널로그명령신호를 발생하여 모터(1)의 회전속도를 피드백제어하는 서보제어장치, (33)는 직렬펄스명령신호를 발생하는 위치결정제어장치, (34)는 8비트버스에 명령신호를 송출하는 로보트제어장치를 나타낸다. 이와같이, 호스트제어장치에는 다양한 시스템이 장착되어 있다.
구동기박스(4)에 있어서, (41), (42), (43), (44)는 각각 단일축 인터페이스(이하 "인터페이스"를 "I/F"로 약칭), 속도/토크 I/F, 직렬펄스 I/F, 8비트 마이크로컴퓨터버스 I/F를 나타내며, 각각은 퍼스널컴퓨터(31), 서보제어장치(32), 위치결정제어장치(33) 및 로보트제어장치(34)를 구동기박스(4)에 접속시킨다. (45), (46)은 각각 센서(2)를 구동기박스(4)에 접속시키는 광학식리졸버 I/F 및 자기리졸버용 I/F이다. 센서용으로 광학식리졸버가 사용되면 광학식리졸버 I/F(45)가 사용되며, 자기리졸버가 사용되면 자기리졸버용 I/F(46)가 사용된다. 인터페이스(45), (46)는 광학식리졸버(45) 및 자기리졸버(46)의 처리된 검출신호를 지니는 신호를 출력한다. (47)는 주제어부를 나타내며, I/F(41)~(44)로부터의 명령신호 및 I/F(45)~(46)로부터의 검출신호에 따라 모터(1)의 회전위치, 회전속도 및 발생 토크를 피드백제어하고, 펄스폭변조(PWM)신호로 제어신호를 출력한다. 이때, 주제어부(47)는 모터를 정류하고 제어하는 기능도 지닌다.
(48)은 전력제어부로서, 주제어부(47)로부터의 PWM신호에 따라 전력을 증폭하는 인버터형 모터구동회로이다. 전력제어부(48)에는 고속형 전력제어부(481)와 저속형 전력제어부(482)가 구비되어 있다. (49)는 공급된 AC전압에서 변환된 DC전압을 발생하는 주전원으로, 공급전압 및 출력전압에 따라 3개의 전원(491)~(493)이 구비되어 있으며, 주전원(491)~(493)에 따라 모터구동회로(481), (482)가 적당하게 사용되어 작동한다. (50)은 주전원(49)의 출력으로부터 주제어부(47)의 구동전압을 발생하는 제어전원이다.
최소시스템은 I/F(41)~(44)로 이루어진 외부 I/F부(400), I/F(45), (46)로 이루어진 센서 I/F(401), 주제어부(47) 및 전력제어부(48)로 구성되며, 이 최소시스템은 모듈구조이다.
제2도는 본 발명을 실시하는 바람직한 일례로서 주어진 모터구동시스템의 구체적인 블록도이다. 제2도에 있어서 제1도와 동일한 참조번호는 제1도와 동일한 부분을 나타낸다.
제2도에 있어서, 전체적인 구성을 3개의 별개도면(a)~(b)로 나타내었고, 해당신호선(T1)~(T13)에 의해 도면간에 서로 접속되고 있다.
제2도에 있어서, 외부 I/F(400)에는 예를들면, 복수종류 또는 3종류의 I/F가 구비되어 있다. 센서 I/F부(401)는 자기리졸버 및 광학식리졸버가 각각 접속된 자기리졸버 ID카드(402) 및 광학식리졸버 ID카드(403)와, 이들 카드에 의해 출력된 신호의 펄스수를 계수하는 카운터회로(404)로 구성된다.
주제어부(47)는 각각 모터의 회전위치 및 회전속도를 피드백제어하기 위한 위치제어부(470)와 속도제어부(490)로 구성된다. (7)은 스위치 또는 호스트제어장치상의 각종 설정동작을 수행하는 설정부이다.
이하, 제2도에 주어진 시스템의 각 성분의 구체적인 구성을 항목별로 설명한다.
[1]모터
제3도는 모터(1)의 구체적인 구성의 일례를 도시한 것이다.
제3a도는 모터부의 정면도이며, b도는 그의 단면도이다.
모터는 회전자가 외부에 배치되고 고정자가 내부에 배치되며 고정자석이 고정자측에 배치되는 구조로 이루어져 회전자를 큰 방사상으로 유지한다.
(101)은 내부고정자로 2개의 자성물질(101a), (101b)과 이들을 접속하는 고정자석(영구자석, 전자석 등)(102) 및 후술하는 여자코일로 구성된다. 자성물질(101a), (101b)에는 6개의 돌출극(103a1)~(105a1), (103a2), (105a2)과 (103b1)~(105b1), (103b2)~(105b5)이 각각 설치되어 있으며, 각각의 돌출극은 상단에 피치(P)를 지닌 톱니를 지닌다. 인접한 돌출극(103a1)과 (104a2)의 톱니는 예를들면, 서로 1/3피치(P/3) 위상만큼 변위되어 있고, 예를들면, 서로 마주보는 2개의 자성물질(101a), (101b)와 함께 돌출극(103a1), (103b1)의 톱니는 1위상만큼 변위되어 있다. (106a)~(106c)와 (107a)~(107c)는 각각의 돌출극부분에 설치된 여자코일이며, 각각 2개의 여자코일(106a)과 (107a), (106b)과 (107b), (106c)과 (107c)은 직렬접속되어 있고, (108)은 내부에 피치(P)의 톱니를 지닌 자성물질로 형성된 회전자이다. 회전자(108)는 (108a), (108b)로 되어 있으며 이들의 톱니는 각각 1/2피치만큼 변위되어 있다.
상기와 같이 구성된 모터는, 서로 위상이 120°변위된 전류(사인파, 펄스파 등)를 여자코일(106a)과 (107a), (106b)과 (107b), (106c)과 (107c)로 운송하여 회전되며, 회전방향은 위상의 도입 및 지연으로 변화시킬 수 있다. 고정자석(102)에 의한 자속 및 여자코일(106a)에 의한 자속은 갭(109a)및 (109b)에서 번갈아 가산 또는 감산되어 고분해느으로 펄스모터를 회전시킨다.
고정자석(102)으로 발생된 자속은 회전에 필요한 자속의 절반이므로 전력소비는 최소화되어 효율이 더욱 향상된다. 여기서 고정자석으로서 사용된 영구자석이 고정자측에 설치된 이유는 자석의 표면자속밀도가 많아야 1T(테슬라)정도로 작으므로, 적당한 치수가 필요하게 되어 자석이 회전자측에 설치되면 방사상으로 두껍게 되기 때문이다. 다음, 돌출극의 수는 "6"이외의 "3"의 배수가 되도록 임의로 선택해도 된다.
이러한 구성의 모터는, 외부직경 및 축직경이 동일한 모터에 비해서 더욱 커다란 토크를 발생할 수 있다. 2개의 자성물질이 각각 회전자 및 고정자상에 설치된 이중코어구조의 일례를 제3도에 도시하였으나, 본 발명은 이것에만 한정되지 않고 하나의 자성물질이 회전자 및 고정자상에 각각 설치된 단일코어구조로 해도 된다. 모터(1)의 다른 구성예를 제4도에 도시하였다. 도면은 모터가 자기리졸버에 결합되어 작동기로 동작하는 상태를 도시한 것이다.
도면에서, (1)은 외부회전자형 직접구동모터(이하, 직접구동모터를 "DD모터"로 약칭함), (2)는 모터(1)의 회전을 검출하는 자기리졸버(센서)이다. 모터(1)에서 (11)은 고정자, (12)는 회전자, (13)은 고정자(11)상에 회전자(12)를 회전가능하게 지지하는 베어링이다.
고정자(11)에서, (111)은 원통형 고정자플랜지, (112)는 비자성물질로 형성되고 고정자플랜지(111)의 외부주위표면상에 고정된 차폐링, (113)은 차폐링(112)의 외주면상에 고정된 고정자코어이다. 고정자코어(113)은 적층강판으로 형성되고, 상단에 일정 피치의 톱니가 형성된 돌출극을 구비하고 있다. (114)는 고정자코어(113)에 감긴 코일이며, (115)는 고정자코어(113)의 스택사이에 끼워진 영구자석이다. 고정자코어(113)는 코일(114) 및 영구자석(115)에 의해 발생된 장의 자기회로를 구성한다. (116)은 그위에 고정자플랜지(111)가 고정된 하부플랜지이며, (117)은 한쪽 끝면에서 베어링(13)을 움직이지 않게 하는 클램프이다.
회전자(12)에 있어서, (121)은 원통형 회전자플랜지, (122)는 회전자플랜지(121)의 내주면에 고정된 회전자코어이며, 회전자의 자기회로를 구성한다. (123), (124)는 상부플랜지 및 지지플랜지이며 그위에 회전자플랜지(121)의 대향 단부가 고정된다. (125)는 한쪽 끝면에서 베어링(13)을 움직이지 않게 하는 클램프이다. 회전자코어(122)는 고정자코어(113)의 톱니에 마주보는 위치에 형성된 일정피치의 톱니를 지닌 적층강판으로 구성된다. 고정자코어(113) 및 회전자코어(122)는 용접에 의해 고정된다.
자기리졸버(2)는 고정자(11) 및 회전자(12)와 각각 일체적으로 고정된 고정자부(21) 및 회전자부(22)로 구성된다. 고정자부(21)에 있어서, (211)은 비자성링, (212)는 그위에 설치된 자성재의 코어, (213)는 절연재(214)를 개재해서 코어(212)상에 감긴 코일이다. 비자성링(211)과 코어(212)는 접착제에 의해 상호 고정되며, 코어(212)는 그 상단에 일정피치의 톱니가 돌출극을 구비하고 있다.
회전자부(22)에 있어서, (221)은 비자성링이며, (222)는 그위에 설치된 자성재의 코어로, 고정자부의 경우와 같이 접착제에 의해 서로 고정된다. 코어(222)상에는 고정자코어의 톱니와 대향하는 위치에 일정피치의 톱니가 형성되어 있다. 회전자부와 고정자부는 동심원상에 코어돌출부 및 비자성링을 지니도록 가공 처리된다.
베어링(13)은 크로스폴러형태로, 모터(1)의 회전자와 자기리졸버(2)의 회전자의 양자를 편지지한다.
제5도는 제4도의 모터의 분해도이다.
각각의 분해된 성분은 모듈을 구성한다. 모듈화된 상부플랜지(123), 하부플랜지(116) 및 지지플랜지(124)는 사용자의 모터 내역에 따라 구성을 변형시킬 수 있어 회전자플랜지(121) 및 고정자플랜지(111)용으로 긴것을 사용함으로써, 상부플랜지(123), 하부플랜지(116) 및 지지플랜지(124)를 서로 공통으로 기재시켜 긴 코어부를 지니는 모터를 구성할 수 있다. 모터는 각각의 모듈을 용접에 의해 고정시킴으로써 구성된다.
즉, 모터의 각 성분은 매소정 단위로 완성된 조립체를 갖도록 모듈화되어 있다.
이하, 이러한 모듈을 사용하는 모터의 동작예를 설명한다.
제6도는 상부플랜지(123)를 원통형으로 형성한 것을 나타내며, 제7도는 지지플랜지(124)에 플랜지가 붙은 것, 제8도는 회전자플랜지(121) 및 고정자플랜지(111)를 길게하여 코어부를 연장한 것, 제9도는 로보트팔인터페이스 상부플랜지(123)상에 장착된 것을 나타낸다.
상기 설명한 바와같이 모터의 성분을 모듈화함으로써, 사용자는 내역에 따라 모듈화된 플랜지를 임의로 구성할 수 있다. 즉, 모터의 결합구조는 요구조건에 대처하는 유연성을 지닌다. 또한, 모터의 회전자성분은 외견상 결합을 위한 준비가 되어 있으므로, 부품수의 감소와 비용절감을 실현할 수 있다.
제10도에 도시된 바와같이 모터의 완성식, 모듈화된 자기리졸버를 이 작동기에 병합하면 된다. 병합을 위해 비자성링(211)를 플랜지(116)에 끼워맞추고 비자성링(211)을 플랜지(124)에 끼워맞춤하고 접착시킨다.
자기리졸버는 외부응력에 저항할 수 있는 정도는 아니므로, 동시에 끼워맞춤 및 접착을 통해서 고정시킨다.
제11도는 모터의 다른 구성예를 나타낸 것이다.
모터는 위쪽으로 연장된 회전자 및 고정자플랜지를 지녀, 이 부분에 자기리졸버를 고정시키는 구조로 되어 있다. 이런 구조로부터, 모터의 상부 및 바닥부를 자기리졸버를 고정시키는 위치로서 선택할 수 있으므로 내역의 용도를 확장할 수 있다.
제12도는 모터의 또 다른 구성예를 나타낸 것이다.
동도면에서, (130)은 제4도에 도시된 바와같은 내부구조를 지닌 작동기이다. (131)은 작동기(130)의 외주면에 형성된 플랜지이며, 플랜지(131)는 작동기내 베어링의 길이방향 중심선(L) 주위에 위치한다. 중심선(L)은 제4도에 도시되어 있다. 중심선(L)과 그 근방은 모터와 자기리졸버 사이에 위치하게 되므로, 이 부분상에 플랜지를 형성해도자기저항의 편차는 최소로 되고, 회전자는 그 부분에서 특히 두껍고 강도가 높으므로 이 부분은 플랜지를 형성하기에 최적이다.
(132)는 플랜지(131)상에 형성된 단차부이고, (133)은 단면이 L자 형상히고, 상기 단차부(132)상에 나사로 고정된 링케이스이다. (134)는 고정부에 장착된 포토커플러이며, (135)는 링케이스(133)상에 장착된 작동기의 회전위치와 원점으로 될때 포터커플러의 빛을 차단하는 차광판부재이다. 원점센서는 포토커플러(134)와 차광판부재(135)로 구성된다. (136)은 고정부상에 장착된 부재이며, (137)은 링케이스(133)에 장착되어 상기 부재(136)와 접촉하면서 작동기의 회전범위를 조정하는 부재이다. 스토퍼는 부재(136)와 (137)로 구성된다. (138)은 링케이스(133)의 끝부분에 존재하는 더스트시일로, 자성유체에 의해 고정자와 접촉하게 된다.
다음, 원점센서, 스토퍼 등의 주변장치를 플랜지에 장착하기 위한 부재로서 링케이스 대신에 O자형 링부재를 사용해도 된다. 이 경우에는 복수의 나삿니구멍을 링부재에 형성하고, 이들을 통해 주변장치를 장착하기 위하 나삿니구멍을 선택함으로써, 주변장치가 작동하는 범위를 임의로 설정해도 된다. 또, 주변장치를 플랜지에 직접 장착해도 된다.
제13도는 모터의 다른 구성예를 도시한 것이다.
동모터에 있어서, 하부플랜지(116) 뿐만 아니라 고정자플랜지(111)는 회전자(12)로부터 부분적으로 돌출되어 있다. 모터의 조립시, 하부플랜지(116)의 중심축(L1), 고정자플랜지(111)이 중심축(L2) 및 상부플랜지(123)의 중심축(L3)은 동시에 정렬시킨다. 즉, 서로 대향하고 있는 상부플랜지(123)와 하부플랜지(116)는 동시에 정렬된다. 다음, 지지플랜지(124)의 중심축을 상기 언급한 정령에 부가시켜도 된다. 이런 모터에서, 서로 대향하고 있는 회전자의 상부플랜지와 고정자의 하부플랜지사이에는 만족스런 동심성이 얻어지므로 회전자상에 고정된 구동물체의 편차는 감소된다.
제14도는 모터의 다른 구성예를 도시한 것이다.
고정자의 톱니의 위상을 조정하는 노치가 고정자코어(113)를 구성하는 각각의 적층강판상에 영성되어 있다. 이 강판은 노치가 서로 일치하여 적층되어 있으므로, 고정자코어가 구성된 상태에서 노치에 의해 홈(118)이 형성된다. 제14도의 모터는 상기 홈을 활용한 것이다.
(119)는 예를 들면 철족물질의 자성물질에 의해 축과 같이 형성된 돌출부재이며, 제15도에 도시한 바와같이, 돌출부재(119)의 한쪽 끝은 용접에 의해 홈(118)에 고정되고, 다른쪽 끝은 용접에 의해 고정자플랜지(111)사에 고정된다. 고정상태를 제16도에 도시하였다.
돌출부재(119)는, 그의 다른쪽 끝을 용접할 때 영구자석(115)의 장에 의해 용접용 토치가 휘는 것을 방지할 수 있을 정도로 용접용 토치를 멀리 분리시킬 수 있도록 가능한 한 길게 한다. 이 경우, TIG(Tungsten inert gas)용접법이 사용된다.
여기서, 고정자코어(113)가 제17도에 도시한 바와 같이 돌출부재(119)를 사용하지 않고 (a)부분에서 고정자플랜지(111)상에 용접고정된 경우에, 토치(t)는 영구자석의 장에 의해 파선으로 도시한 바와 같이 휘게 되는데, 이는, 용접로드(b)에서 뻗어 나온 토치(t)가 영구자석(115)과 분리되지 않았기 때문이다. 따라서, (a)부분에서의 용접은 어렵다.
한편, 토치(t)는 돌출부재(119)의 길이에 따라 영구자석(115)과 분리되고, 용접은 본 발명에 있어서 제18도에 도시한 바와 같이 (c)부분에서 실행되므로, 자장의 영향에 의해 토치가 휘는 일은 결코 없다. 따라서 용접작업은 용이하다. 다음, 돌출부재는 적층강판의 위치결정용 노치와 일직선상에 위치한 수단에 의해 고정되므로, 돌출부재는 공정수를 증가시킴이 없이 고정될 수 있다.
또 돌출부재는 핀대신에 기타 자성판을 구부림으로써 얻을 수 있다.
이하 차폐링(112)의 반대측면이 고정자플랜지(111)와 고정자코어(113)에 의해 샌드위치된 샌드위치 구조부의 열팽창계수에 대해 설명한다.
제19도는 상기와 같이 차폐링을 샌드위치하는 샌드위치구조부의 블록도이다.
먼저, 문자에 대해 설명한다.
α1 : 고정자플랜지(111)의 열팽창계수
α2 : 차폐링(112)의 열팽창계수
α3 : 고정자코어(113)의 열팽창계수
γ1 : 차폐링(112)의 내부직경
=고정자플랜지(111)의 외부직경
γ2 : 차폐링(112)의 외부직경
=고정자코어(113)의 내부직경
온도변화에도 불구하고 차폐링(112)의 양측면상의 부재와의 분리를 방지하기 위해, 차폐링(112)의 열팽창 계수를 다음과 같이 설정한다.
α3γ2ΔT-α1γ1ΔT=α2(γ2-γ1)ΔT
α3γ2-α1γ1=α2(γ2-γ1)
α2=(α2γ2-α1γ1)/(γ2-γ1)
따라서, 상기 샌드위치구조를 실현하는 간단한 구성에 의해, 고정자코어와 차폐링사이의 재료차이에 따른 온도변화에 기인하여 발생하는 빈틈을 효과적으로 방지할 수 있다.
[2]센서
[2-1] 센서가 자기졸버인 경우
제20도는 센서로서 자기리졸버가 사용된 구성예를 도시한 것으로서, (a)는 평면도, (b)는 (a)의 X-X선을 절단한 단면도이다.
(231)은 내주부에 일정피치(Pr)의 톱니(232)가 형성되어 있는 원통형 회전자이며, (2311) 및 (2312)가 겹쳐서 설치되어 있다.
(233)은 회전자(231)의 내부에 배치된 공정자이며, 이 고정자(233)에는 4N(N은 정수)개 예를 들면, 16개의 돌출극(2341)~(23416)이 형성되어 있고, 톱니(232)에 대향하는 톱니(235)가 돌출극의 선단에 형성되어 있다. 또, 코일(2361)~(23616)이 각각의 돌출극상에 감겨 있다. 동도면에서는 돌출극(2341)상에 감긴 코일(2361)만을 도시하였으나 마찬가지로 다른 돌출극상에도 코일이 감겨 있다.
이러한 고정자(233)에는 절연부재(237)를 개재하여(2331), (2322)가 겹쳐서 설치되어 있다.
또, 회전자(231) 및 고정자(233)는 강판이 적층된 구조를 지닌다. (2381), (2382)는 고정자 (2331)와 (2332)의 코일에 AC전압 Ec=V cosωt와 Es=V sinωt(V는 전압진폭)를 공급하는 신호원이다.
회전자 및 고정자의 상세한 구성을 제21도에 나타내었다.
동도면은 회전자와 고정자의 전개도이다.
동도면에 있어서, ns개의 톱니가 하나의 돌출극상에 형성되어 있다(ns=4). 돌출극(2341), (2342), (2343), (2344)은 회전자(231)의 톱니(232)에 대하여 0, (1/4)Pr, (2/4)Pr, (3/4)Pr 변위된 위상을 지닌다.
돌출극은 총 16개 설치되어 있고, 1위상의 돌출극은 각각 4개로 구성되어 1위상의 돌출극상에 감긴 코일은 1위상을 형성한다.
0, (1/4)0Pr, (2/4)Pr, (3/4)Pr 정도 이동된 위상을 지닌 돌출극상에 감긴 호일을 각각 위상 A, 위상 B, 위상 C, 위상 D라 칭한다.
돌출극 톱니(235)의 피치(Ps)는 다음과 같다.
Ps=Pr-(Pr/3ns)
즉, 돌출극 톱니(235)는 그 배열방향으로 Pr/3ns이동된 위상을 지닌다. 따라서 톱니를 버니어(vernier)로서 사용할 수 있다.
회전자(2311)와 (231(2)는 동일위상의 톱니(232)를 지니고 서로 겹쳐서 위치된다. 고정자(2331), (2332)는 Pr/4만큼 변위된 위상의 톱니(235)를 지니고 서로 겹쳐서 위치한다.
고정자의 각각의 코일은 제22도에 도시한 바와 같이 접속된다.
제22도에서, (L1)은 직렬로 접속된 위상 A와 위상 B의 코일을 지닌 코일이고, (L2)는 직렬로 접속된 위상 C와 위상 D의 코일을 지닌 코일이다. 전압 Vcosωt는 고정자(2331)의 코일상에 인가되고, Vsinω는 고정자(2332)의 코일상에 인가되며, 코일상에 발생된 전압은 저항, 증폭기 및 감산기를 통해 검출된다.
이하, 이러한 장치의 동작을 설명한다.
위상 A, 위상 B, 위상 C 및 위상 D의 코일상에 발생된 전압 S1, S2, S3, S4는 다음과 같다.
Figure kpo00001
여기서, ℓ는 톱니의 순서, E는 진폭전압, m1, m2…mn은 상수이다. S1+S2-S3-S4와 같이 이들 전압을 가산 및 감산하여 얻은 전압은 다음과 같다.
Figure kpo00002
식[5]에서 2n1번째 및 3n2번째(n1, n2는 정수)조화성분은 억제되고, 영향을 덜주기 위해 5번째이상의 조화 성분을 무시해도 된다. 검출전압은 다음과 같다.
S1+S2-S3-S4=A0sin(θ+ψ)
여기서, A0는 상수, ψ는 초기위상으로서 식[5]의
Figure kpo00003
에 대응한다.
제23도는 전압 S1~S4의 벡터도이다. 예시한 바와 같이, 2차 조화성분은 전압 S1과 S2의 합성벡터와 전압 S3과 S4의 합성벡터사이의 차에 의해 억제되고, 3차조화성분은 버니어로서의 돌출극상에 구비된 톱니에 의해 억제된다.
즉, 고정자(2331)상에 검출된 전압은 다음과 같다.
Vs=Ec(S1+S2-S3-S4)
=VcosωtㆍAsin(θ+ψ)
제22도의 검출신호 Vs1과 Vs2는 각각 S1+S2와 S3+S4에 상당한다.
또한, 고정자(2332)상에 검출된 전압은 다음과 같다.
Vs=Es(S1+S2-S3-S4)
=VsinωtㆍAcos(θ+ψ)
제22도의 검출신호 Vc1과 Vc2는 각각 S1+S2와 S3+S4에 상당한다.
즉, 제22도의 회로상에 검출된 신호는 다음과 같이,
VT=Vs-Vc
=VcosωtㆍAsin(θ+ψ-ωt)-VsinωtㆍAcos(θ+ψ)
AVsin(θ+ψ-ωt)
이며, 검출신호의 위상은 회전자의 회전각 θ에 따라 변조되므로, 회전각은 위상을 판독함으로써 검출될 수 있다.
이상 본 실시예에서는 4상코일이 사용된 경우에 대해 설명하였으나 코일의 위상수는 이것으로 제한되지 않는다. 예를들면, 3상코일을 사용할 경우, 인접한 돌출극의 톱니의 위상은 Pr/3만큼 이동되어 3차조화성분을 억제하고 돌출극의 톱니는 버니어구조에 대한 회전자의 피치도 Pr/2ns이동되어 2차조화성분을 억제한다.
이상, 신호 S1+S2-S3-S4가 두고정자(2331)와 (2332)에 의해 검출되어 조화성분을 억제하는 경우의 실시예를 설명하였으나, 이것외의 다른 가산 및 감산에 의해 조화성분을 억제해도 된다. 예를들면, 고정자(2331)상에는 S1+S2-S3-S4에 의해 조화성분을 억제하고 고정자(2332)상에는 S2+S3-S4-S1에 의해 고조화성분을 억제해도 된다. 이 경우, 고정자(2332)는 직렬로 접속된 위상 B와 위상 C의 코일과 직렬로 접속된 위상 A와 위상 D의 코일을 지닌다.
돌출극의 톱니피치는 Pr-(Pr/3ns)로만 반드시 한정되지 않고, Pr+(Pr/3ns)등으로 해도 된다.
또한, 고정자(2332)의 돌출극의 톱니는 고정자(2331)의 돌출극의 톱니를 지닌 위상일 수도 있다.
상기와 같이 구성된 자기리졸버에 따라, 코일의 검출전압상에 발생된 2차고조화 및 3차고조화는 다상코일과 고정자의 톱니에 대한 버니어로서의 돌출극의 톱니에 의해 억제되며, 검출신호의 오차는 최소로 되고 각도 검출의 선형성은 향상된다.
제24도는 자기리졸버의 다른 구성예를 나타낸 것이다.
(241)은 원통형회전자, (242)는 회전자(241)내에 배치된 고정자이다.
회전자(241)은 원통의 중심(0)둘레를 회전한다.
고정자(242)의 중심(01)은 회전자(241)의 회전중심(0)에서 δ정도 이동하여 배치된다. 돌출극(2431)~(2434)은 매위치마다 90°의 간격으로 고정자(242)상에 형성되어 있으며, 각각의 돌출극의 선단은 회전자(241)의 내주면상에 직면한다. 이런 배치에 따라, 돌출극 선단과 회전자내주면사이의 간격은 회전자의 회전 각도에 따라 변한다.
자기리졸버에서 톱니는 회전자 및 돌출극상에 형성되지 않는다.
(2441)~(2444)는 돌출극 (2431)~(2434)상에 감긴 코일이다.
(245)는 서로 반대로 위치한 한쌍의 코일(2441), (2443)을 AC 신호 Asinωt(A:전압 또는 전류의 진폭,ω: 각속도, t:시간)로, 다른 한쌍의 코일 (2442), (2444)을 AC 신호 Acosωt로 구동시키는 신호원이다.
(246)은 각각의 코일에 흐르는 전류에 따라 회전자의 회전검출신호를 산출하는 연산동작부이다. 연산동작부의 회로배열예를 제25도에 도시하였다.
이렇게 구성된 자기리졸버의 동작을 설명한다.
고정자(242)의 중심은 회전자의 회전중심에 대해 편심적으로 배치되므로, 코일(2441)~(2444)의 인덕턴스(L1)~(L4)는 다음과 같다.
L1=L0(1+msin θ)
L2=L0{1+msin(θ+90)°}
L3=L0(1-msin θ)
L4=L0{1+msin(θ-90)°}
여기서, L4, m은 상수, θ는 회전각도이다.
코일(2441), (2443)은 신호 Asinωt로 여자되고 코일(2442), (2444)은 신호 Acosωt로 구동되므로 코일(2441)~(2444)에 흐르는 전류(I1)~(I4)는 다음과 같다.
I1=K(1+msin θ)sin ωt
I2=K(1+mcos θ)cos ωt
I3=K(1-msin θ)sin ωt
I4=K(1-mcos θ)cos ωt
여기서, K는 상수이다.
이들 전류로부터 연산동작부(246)는 다음의 연산을 실행한다.
(I1-I3)+(I2-I4)
=2mK sin θ sin ωt+2mK cos θcos ωt
=2mK sin (ωt-θ+90)° [6]
식[6]으로 주어진 신호는 회전자가 1회 회전할 때마다 360°변조된 위상을 지니므로, 제25도의 위상차카운터(C)상의 구동신호로 위상차를 측정하여 매회전당 절대각도를 검출할 수 있다. 또한, 회전속도는 위상의 변화속도를 측정함으로써 검출될 수 있다.
이상 본 실시예에 있어서는 4개의 돌출극이 구비된 경우를 설명하였으나, 실시예의 고정자부재를 n개(n은 정수)로 차례로 배치하여 돌출극을 4n개 형성할 수 있으며, 이렇게 구성된 자기리졸버는 다음의 효과를 나타낸다.
ⓛ 코일을 감기 위한 특정방법이 필요치 않으므로, 코일감는 작업을 자동화할 수 있어, 비용을 절감시킬 수 있다.
② 회전위치 및 회전속도가 연산동작부로 계산된 신호와 신호원의 구동신호 사이의 위상차로부터 검출되도록 구성되어 있으므로, S/N비는 준비된 디지틀인터페이스구조를 만족한다.
③ 복수의 회전위치원점을 지니는 중량형의 고분해능 자기리졸버와 결합하여, 본발명에 관한 자기리졸버로 원점리세트동작을 통해 검출된 원점을 특정하고, 특정된 원점에서 회전위치까지의 전위를 고분해능 자기리졸버로 정밀하게 검출하여 고정밀 절대형 위치검출장치를 구성한다.
④ 고정자코어와 회로부품을 nx형 자기리졸버(회전자의 매회전당 검출신호의 위상이 n주기로 변동)와 공통으로 사용할 수 있다.
자기리졸버의 다른 구성예를 제26도에 도시하였다.
동도면에 있어서, 모터(1)는 쌓여진 고정자코어의 수에 따라 가변적이나 그 구성은 제4도의 모터와 동일하다.
자기리졸버(2)는 고분해능 자기리졸버(21)(다극리졸버) 및 자기리졸버(21)보다 낮은 검출분해능을 지니는 자기리졸버(22)(단극리졸버)로 구성된다.
여기서, 모터의 1회전시 자기리졸버에 의해 발생된 펄스의 수가 많을수록 검출분해능이 높다.
(21), (25)는 고정자이며, (22), (26)은 회전자이다. 고정자(21), (25)는 고정자(11)에 결합하고, 회전자(22), (26)는 회전자(12)에 결합되어, 회전자(22), (26)는 베어링(13)에 의해 편지지되어 있다.
자기리졸버(21)는 각각의 원점으로서 복수의 회전위치를 지니며, 자기리졸버(22)는 자기리졸버(21)로 검출된 소스를 순서대로 식별한다.
(273)은 외부에서 주어진 펄스에 따라 모터(1)를 구동시키는 구동회로이다.
(274)는 상기 언급한 복수의 원점에 대해, 제27도에 표시한 바와 같이, 원점수, 원점수를 위치결정하기 위하여 모터에 부여된 펄스수 및 원점의 기준위치(이하 "절대위치데이타"라 칭함)와 원점에 대한 회전위치와의 위상차의 데이터를 저장하는 메모리이다. 기준위치로서는, 복수의 원점중 하나가 선택된다.
(275)는 원점이 검출될 때 자기리졸버(22)에 의해 검출된 절대위치데이터에 따라 메모리(274)에 저장된 데이터로부터 펄스수를 얻기 위한 위치계산회로이며, 펄스수를 기준으로 해서, 펄스의 증가 또는 감소에 따라 절대회전위치를 얻는다.
구동회로(273)는 제2도의 자기리졸버 ID카드(402)상에 설치되고, 메모리(274)의 위치검출회로(275)는 위치제어부(470)상에 설치된다.
이렇게 구성된 장치의 동작을 설명한다.
예를들어, 원점의 수를 10, 모터(1)를 1회전하여 주어진 펄스의 수를 10,000이라하면, 매 36°마다 원점이 제공되고 주어진 10,000펄스상의 원점간격으로 모터가 회전한다.
전원을 차단한 후, 원점은 리세트되고 모터(1)는 원점을 검출하고 최대 36°회전된 곳에서 정지한다. 이경우, 자기졸버(22)는 검출된 원점의 절대위치데이터를 검출한다. 절대위치데이터가 180°를 나타내면 위치계산회로(275)는 검출된 원점이 6번째로 되는 것을 검출하여, 즉, 제27도에 표시한 데이터에 따라 5,000펄스가 주어진 위치에서 모터가 정지된다.
따라서, 그후, 기준으로서 5,000펄스가 주어진 위치를 지닌 펄스수의 증가 또는 감소에 따라 모터의 절대회전위치가 검출된다.
구동회로(273)는 피드백제어를 통해 검출된 절대회전위치로부터 모터(1)의 회전위치를 결정한다.
상기와 같이 구성된 자기리졸버에 따라 고분해능 및 저분해능위치검출수단이 구비되어, 고분해능위치검출수단으로 모터의 회전위치가 검출되고 저분해능위치검출수단으로 원점수가 판별되어 검출된다. 즉, 원점은 복수로 제공될 수 있고, 모터의 회전각도는 최대원점 간격으로 되므로, 원점리세트동작에 소요되는 시간이 감축될 수 있다.
자기리졸버의 또다른 구성예를 제28도에 나타내었으며, (a)는 정면도이고, (b)는 (a)의 Z1-Z1선을 절단한 단면도이다.
(281), (282)는 각각 자성재료로 이루어진 2개의 디스크고정자부재이다. 고정자부재(281), (282)상에는 매위치마다 90°회전각 만큼 떨어진 돌출극(2831)~(2834)과 (2841)~(2844)이 형성되어 있으며, 돌출극의 상단에는 일정피치(Pb)로 톱니(285)가 형성되어 있다.
동일 소정자부재내에서 인접한 돌출극의 톱니위상은 (1/2)P磋 이동되어 있다.
고정자부재(281), (282)사이에 비자성물질(286)을 삽입하고 이들을 겹쳐서 배치하여 고정자(287)를 구성한다. 이 경우, 인접한 돌출극톱니의 위상은 (1/4)Pb만큼 이동되어 있다. 예를들면, 돌출극(2831)과 (2841)의 톱니위상은 (1/4)Pb만큼 이동되어 있다.
(2881)은 돌출극(2831)과 (2833)상에 감긴 코일이며, (2882)는 돌출국(2832)과 (2834)상에 감긴 코일이다.
코일(2881)과 (2882)은 단일위상코일 즉 단상코일을 구성하며, 또한 코일 (2891), (2892)은 마찬가지로 고정자부재(282)상에 감겨 있다.
(290)은 고정자부재(281), (282)의 외부에 배치된 회전자이고, 이 회전자(290)상에는, 톱니(285)에 직면하며 고정자상에 형성된 톱니(285)와 거의 동일한 피치를 지니는 톱니(291)가 형성되어 있다.
제29도는 본 발명에 관한 자기리졸버가 연결된 센서인터페이스부의 구성예를 나타낸 것이다.
동도면에서, (280)은 제28도에 도시된 자기리졸버부분을 나타낸다.
(441)은 자기리졸버코일의 구동신호원으로서 작용하는 클록발생기, (442)는 클록발생기(441)에서 발생된 클록을 분할하는 주파수분할기, (411)은 분활된 클록의 저주파수성분을 추출하는 저역통과필터(이하 "LPF"로 약칭), (412)는 추출된 신호를 정형화하는 비교기이다. 정형화된 신호는 AC전압 Esinωt (E : 전압진폭, ω: 각속도, t : 시간)를 발생하고 코일 (2881), (2882)을 구동시킨다.
(413)은 펄스 즉 위상조정수단으로, AC 전압 Esinωt 위상을 AC 전압 Ecosωt로 90°이동시키고, 고정자 부재 (281), (282) (sin 코어 및 cos 코어)의 설치위치의 기계적 오차를 전기적으로 보정한다. 코일(2891), (2892)dms AC 전압 Ecosωt에 의해 여자된다.
(414), (415)는 AC 전압 Esinωt의 반송파성분이 삭재된다.
(416)은 코일(2881)과 (2882)에 흐르는 전류사이의 차를 취하고 이런 차에 비례하는 전압을 발생하는 감산기이며, (417)은 코일 (2891)과 (2892)에 흐르는 전류사이의 차를 취하고 이런 차에 비례하는 전압을 발생하는 감산기이다.
(418)은 감산기 (416), (417)에서 얻어진 감산된 값을 가산하고 위상조정수단(415)을 통과한 신호를 이 가산된 신호에 가산하여 보정하는 가산기이다. 여기서 이렇게 보정된 가산신호는 자기리졸버의 회전자의 회전각 θ에 의해 변조된 위상을 지니는 신호 Ksin(ωt+θ)(K는 상수)이다.
(419)는 가산기 (418)의 보정신호의 특정주파수성분을 추출하는 대역통과필터(이하"BPF"로 약칭)이며, (420), (421)은 주파수분할기(442)와 BPF(419)의 출력을 정형화하는 비교기이다.
(443)은 클록발생기(441)의 클록에 대해 비교기(420), (421)로 정형화된 신호의 위상치를 계수하는 위상차 카운터이다.
(444)는 클록발생기(441)의 클록에 대해 비교기(421)에 의한 정형화 신호의 주기를 측정하는 주기카운터이다.
(471)은 위치계산수단으로, 주기카운터(444)로 측정된 주기에 따라 1회전동안의회전자(290)의 회전위치를 계산한다.
상기 설명한 구성성분에서, (411)~(421)은 제2도의 리졸버 ID카드(402)상에 설치되고, (441)~(444)는 카운터회로(404)상에 설치되며, (471)은 위치제어부 (470)상에 설치된다.
이하, 이러한 자기리졸버의 동작을 설명한다.
상대적 전기각도의 오차는 AC 신호 Esinωt와 Ecosωt 사이에 함유되므로, 코일(2881), (2882)과 (2891), (2892)은 AC 전압 Esin(ωt+ΔA)와 Ecosωt(ΔA는 전기각도의 오차)로 구동된다.
회전자(290)가 θ회전하며, 코일(2881)(2882), (2891), (2892)에 흐르는 전류(I81), (I82), (I91), (I92)는 다음과 같다.
I81=I0{1+mcos(θ+δA)}×sin(ωt+ΔA) [7]
I82=I0{1-mcos(θ+δA)}×sin(ωt+ΔA) [8]
I91=Io{1+msin θ) cos ωt [9]
I92=I0{1-msin θ) cos ωt [10]
식중, m은 상수이다.
여기서, δA는 sin 코어 및 cos 코어의 설치위치의 상대적인 기계오차이다.
다음의 계산된 값 V1은 감산기 (416), (417)와 가산기 (481)로 식[7]-식[8]+식[10]의 연산을 실행하여 얻는다.
Figure kpo00004
식중, e sinωt는 AC전압 Esinωt에 포함된 반송파 성분이다.
식(11)의 전기각도를
ΔA=δA
로 조정하여, 위상조정수단(413)은 식[11]의 우변의 두번째항을 0으로 한다.
또한, 조정된 AC전압 Esinωt의 진폭 및 위상을 지니는 신호-e sinωt는 상기 신호에 가산되어 나머지 반송파 성분을 무효로 한다.
위상차카운터(443)는 클록발생기(441)에 의해 발생된 클록으로 반송파 성분을 무효로 한 신호 θ0와 여자신호 θ1사이의 위상차를 측정한다. 여자신호 θ1의 360°전기각도는 회전자(290)의 1톱니피치에 대응하므로, 위상차카운터(443)로 측정된 위상차는 회전자(290)의 1톱니피치내의 회전위치에 대응한다. sin 값이 장전된 ROM의 값은 어드레스 포인터로서 측정된 위상차에 의해 판독되고 자기리졸버로 검출된 모터회전은 판독데이터의 정류동안 제어된다.
주기카운터(444)는 클록발생기(441)에 의해 발생된 클록으로 신호 θ0의 주기를 측정한다.
위치계산수단(471)은 주기카운터(444)로 측정된 주기에 따라 위상이 변조된 신호 θ0와 여자신호 θ1사이의 주기차를 일정주기마다 계산한다.
Vt(V는 상수)로 되는 회전자(290)의 회전각도 θ동안, 변조된 신호는 Esin(ω+V)로 변환된다. 즉, 변조된 신호 주기는 회전각 θ에 따라 변한다. 따라서, 1회전동안 회전자(290)의 회전위치는 변조된 신호 Esin(ω+V)t와 여자신호 Esinωt 사이의 주기차를 적분함으로써 얻을 수 있다.
예를들어 여자신호 θ1의 1주기를 계수하는데 소요되는 클록의 수가 4,096이고, 자기리졸버의 회전자톱니의 수가 124일 경우에, 위치계산수단(471)은 다음과 같이 회전위치를 계산한다.
Figure kpo00005
식중, P는 회전위치, DATAi는 i번째 측정된 주기
이 경우 회전자가 1회전할 경우,
124×4,096=507,904
의 클록이 검출된다.
상기와 같이 구성된 자기리졸버에 따라, 신호검출시스템은 위상변조형이므로 디지틀인터페이스가 용이하게 구성될 수 있고, 모터의 위치검출 및 정류제어를 실현할 수 있다.
[2-2]센서가 광학식 리졸버인 경우
제30도는 센서로서 광학식 리졸버를 사용한 구성예를 나타낸 것이다.
(301)은 디스크코드판이며, 원주방향으로 소정피치로 배열된 광전송슬릿을 지닌 2개의 스테이지에 광전송슬릿열이 형성되어 있다. m1개의 광전송슬릿(302)은 외부슬릿열에 형성되고, m2개의 광전송슬릿(303)은 내부광전슬릿열에 형성된다.
내부ㆍ외부 광전송슬릿사이의 개수의 차는 모터(1)의 회전자톱니와 동일한 수이다.
원점검출슬릿(S)은 코드판(301)의 회전위치를 검출하기 위한 것으로서 슬릿(302)의 외부에 형성되며, 코드판(301)은 모터의 출력축을 따라 회전한다.
(304), (305)는 광원이고, (306), (307)은 광원으로 부터의 광선을 평행하게 조절하는 렌즈이다.
렌즈(306)를 관통하는 광은 슬릿(302)과 (S)상에 입사되고 렌즈(307)를 관통하는 광은 슬릿(303)상에 입사된다.
(308)은 예를들면 8개의 포토다이오드(3081)~(3088)가 배열된, 광전송슬릿(302)을 관통하는 광(슬릿영상)을 수용하는 영상센서이다. (G1), (G2)는 광전송슬릿(S)을 관통하는 광을 검출하는 포토다이오드이다.
(309)는 예를들면 8개의 포토다이오드(3091)~(3098)가 배열된, 광전송슬릿(303)을 관통하는 광(슬릿영상)을 수용하는 영상센서이다.
이들 포토다이오드는 제31도에 도시한 바와 같이 광전송슬릿의 1피치(P')내에 배열된다.
(310)은 포토다이오드(3081)~(3088)와 (3091)~(3098)의 검출신호에 따라 모터의 회전자와 고정자톱니의 상대위치를 계산하는 신호처리부이다.
이런 제어장치의 구체적인 구성예를 제32도에 도시하였다.
제32도에서, (SW1)~(SW8)은 포토다이오드(3081)~(3088)와 (3091)~(3098)에서의 신호를 소정타이밍으로 연속적으로 추출하는 스위치이다.
(311), (312)는 스위치(SW1)~(SW8)를 통하여 각각 인가된 신호를 증폭하는 연산증폭기이며, 연산증폭기(311), (312)의 출력은 계단식 파형으로, 파형의 높이는 검출된 광을 지니는 포토다이오드수에 대응한다.
제33도는 이런 시스템에 사용되는 회전검출부의 다른 구조예를 도시한 것이다.
회전검출부는 2개의 스테이지에 사인파형위치검출용 광전송슬릿의 열을 구비한 부호기를 사용한 것이다.
광전송슬릿(331)은 m1개로 외부슬릿열을 형성하고, 광전송슬릿(332)은 m2개로 내부광전송슬릿열을 형성한다.
부호기에 있어서, 내부광전송슬릿과 외부광전송슬릿사이의 계수차는 모터(1)의 회전자톱니와 동일개수로 설정된다.
(SR1), (SR2)는 스위치(SW1)~(SW8)을 연속적으로 작동시켜 소정의 타이밍으로 포토다이오드(3081)~(3088)와 (3091)~(3098)의 출력을 추출하는 시프트레지스터이다.
(430)은 제2도에 도시한 바와 같은 광학식 리졸버 ID카드이다.
상기 카드에 있어서, (431), (432)는 연산증폭기(311), (312)의 출력의 저주파수 성분을 추출하는 LPF이며, (433)(434)는 LPF(431)(432)의 출력을 정형화하는 비교기이다.
(404)는 제2도에 도시한 것과 같은 카운터회로이다.
카운터회로(404)에 있어서, (444)(445)는 비교기(433), (434)의 출력파형의 주기를 계수하는 주기카운터이며, (443)은 비교기(433), (434)의 출력파형의 위상차를 계수하는 위상차카운터이다.
이하, 이런 회로의 동작을 설명한다.
스위치(SW1)~(SW8)의 주사주파수를 8fs(fs는 LPF(431), (432)의 출력파형의 주파수)로 설정한다.
외부광전송슬릿(331)을 통과한 광은 포토다이오드배열(308)에 의해 검출되고, 내부광전송슬릿(332)을 통과한 광은 포토다이오드배열(309)에 의해 검출된다. 8fs 주파수로 이들 포토다이오드배열의 검출신호를 주사하면, LPF(431), (432)를 통과한 신호 f1(t), f2(t)는 다음과 같이 된다.
f1(t)=A1sin(ωt+M1θ) [12]
f2(t)=A2sin(ωt+M2θ) [13]
식중, A1, A2는 상수, θ는 코드판의 회전각이며, ω=2πfs이다.
양쪽신호 사이의 위상차 φ는 다음과 같이 된다.
φ=(M1-M2)θ [14]
여기서, 위상차 φ와 코드판의 회전각θ사이의 관계를 설명한다.
예를들면, 외부슬릿수 M1이 8이고, 내부슬릿수 M2가 6인 경우를 설명한다.
이 경우, 모터의 톱니수 M은 8-6으로부터 2개로 설정된다.
포토다이오드배열(308), (309)의 검출신호와 모터의 회전각 사이의 관계를 제34a, b도에 나타내었다.
이들 검출신호의 이동(전기각)은 코드판(301)의 실제의 회전각 θ(기계각)에 비례하여 φ1, φ2…로서 증가한다.
코드판이 θ만큼 회전할 때 양쪽검출신호의 이동 φ는 식[14]로부터 다음과 같이 된다.
φ=(8-6)θ
한편, 코드판(301)이 기계각도로 θ만큼 회전하면, 모터의 회전자도 기계각도로 θ만큼 회전한다. 모터의 톱니의 수가 2이면 모터의 회전자 및 고정자의 톱니는 전기각도로 2θ만큼 이동된다. 즉, 위상차카운터(443)로 검출된 위상차 φ는 모터의 회전자 및 고정자톱니의 전기각도의 이동과 일치하므로, 모터의 회전자 및 고정자 톱니의 위상이동은 직접 검출되어 모터는 정류제어를 받는다.
이런 리졸버에 있어서, 슬릿은 사인 파형을 지니므로 포토다이오드 배열상의 입사광은 사인 파형으로 정형화된다. 포토다이오드는 광이 입사되는 면적에 따라 연속적으로 변하는 애널로그 검출신호를 발생하므로, 리졸버의 검출신호는 제33도에 도시한 바와같이, 포토다이오드(3081)~(3088)의 배열에 따라 주요파를 나타내는 사인파로서 거의 계단식으로 변한다. 즉, 변위 변환장치의 검출신호를 조화 성분이 없는 고정밀신호가 된다.
모터의 회전속도를 제어하기 위해 이런 리졸버를 사용하면, 모터는 원활하게 회전될 수 있다.
자기 리졸버 및 광학식 리졸버중의 하나를 모터구동시스템에 선택적으로 연결시킨다.
[3]센서 I/F부
센서 I/F부의 구조에 관하여, 제29도 및 제30도를 참조하여 센서의 구조를 설명하였으나, 이하 제2도를 참조하여 보충적으로 설명한다.
제2도의 센서 I/F부(401)에 있어서, 자기리졸버 ID카드(402)는 각각 (SIG0)(SIG1)로서 위상변조된 자기리졸버의 검출신호와 위상이 아직 변조되지 않은 기준신호를 추출한다.
광학식 리졸버 ID카드(403)는 각각 (SIG0), (SIG1)로서 코드판의 내부슬릿과 외부슬릿에 대향하여 배치된 포토다이오드 배열의 광검출신호를 추출한다.
카운터회로(404)에 있어서, 위상차카운터(443)는 (SIG0)과 (SIG1) 사이의 위상차를 계수하며, 주기카운터(444), (445)는 (SIG1)과 (SIG0)의 주기를 계수한다.
클록발생기(441)에 의해 발생된 클록은 주파수분할기(442)로 분할된 자기리졸버의 코일의 추출신호와 기준신호로서 작용한다.
모터회전자 및 고정자의 톱니의 위상이동은 위상차카운터(443)의 계수에 의해 검출되고, 상기와 같이 검출된 위상이동에 따라 정류제어를 수행한다. 다음, 위상이동을 적분함으로써, 모터의 회전위치가 계산되고 모터의 회전위치가 제어된다. 또한 위상변조센서의 검출신호주파수로부터 모터회전속도가 검출되어 모터회전속도가 제어된다.
이상 설명한 바와 같이, 위치제어, 속도제어 및 정류제어를 위한 신호는 센서 I/F부에서도 동시에 검출되고, 상기 언급한 3가지 제어에 사용된 신호는 자기리졸버, 광학식 리졸버 등의 2종류의 센서에 대해 검출된다.
자기리졸버 ID카드(402)의 다른 구성예를 제36도에 도시하였다.
상기 자기리졸버 ID카드는 하나의 기판으로 이루어져 있다.
동도면에 있어서, (422), (423)은 ID카드를 카운터회로(404)와 자기리졸버에 각각 연결하는 접속기이다.
(424)는 클록발생기(441)에서 제공된 클록을 분할하고 이것을 대역통과필터를 개재하여 사인파신호를 정형화하고, 이 사인파신호상에 생성된 여자신호를 접속기(423)를 통해 자기리졸버에 공급하는 여자신호발생회로이다. 또한, 여자신호는 기준신호(SIG1)로서 카운터회로(404)에도 공급되며, 기준전압(Vref)이 여자신호의 진폭을 결정하기 위해 사용된다.
(425)는 딥스위치와 버퍼로 이루어진 정류각설회로로, 딥스위치로 설정된 정류각의 데이터를 카운터회로(404)에 공급하는 동작을 하며, 정류 각설정회로내의 I/F회로는 칩선택신호(CS)상에 선택된다.
(426)은 접속기(423)를 통하여 공급된 자기리졸버의 검출신호를 사인파신호로 정형화하고 이것을 검출신호(SIG 0)로서 카운터회로(404)에 공급하는 신호검출회로이다.
제37도는 광학식 리졸버 ID카드(403)의 구성예를 나타낸다.
상기 광학식 리졸버 ID카드 또한 하나의 기판으로 이루어져 있다.
제37도에서, 접속기(423)는 광학식 리졸버에 접속된다.
(435)는 카운터회로(404)에서 제공된 클록(CLK)에 의해 구동되는 클록구동기로 클록을 발생한다. 발생된 클록은 광학식 리졸버에 공급되고 포토다이오드 배열의 각각의 포토다이오드의 검출신호는 클록타이밍으로 주사된다.
(436)은 광학식 리졸버의 외부슬릿과 내부슬릿에 대향하여 배치된 포토다이오드의 광검출신호를 사인파신호(SIG 0), (SIG 1)로 정형화하고 이들을 카운터회로(404)로 송출하는 신호처리회로이다.
접속기(422)를 통해 입력되는 이들의 다음과 같은 신호는 자기리졸버 ID카드 및 광학식 리졸버 ID카드와는 관계없는 전기특성을 지닌다.
ⓛ 클록(CLK)
자기리졸버 ID카드의 여자신호의 발생에 사용되고, 또, 광학식 리졸버 카드내의 포토다이오드의 주사신호용으로 사용된다.
② 신호(SIG 0), (SIG 1)
이들은 사인파 신호이며, 이들의 위상차를 통해 모터의 회전각이 얻어진다.
③ 정류각의 데이터와 칩선택신호(CS)
자기리졸버 ID카드 및 광학식 리졸버 ID카드와 동일한 구조의 정류 각설정회로(425)에 입력되고 출력된다.
다음에, 전원 및 접지를 양쪽의 ID카드에 공통으로 사용할 수 있다.
한편, 각각의 ID카드에 의해 독립적으로 사용되는 신호는 다음과 같다.
① 기준전압(Vref)
자기리졸버의 여자신호의 진폭을 결정하는데 사용된다.
② 리세트신호(RST)
광학식 리졸버의 포토다이오드출력의 주사를 초기화하는데 사용된다.
상기 설명한 바에 따라, 접속기(422)는 30개의 핀을 지닌 접속기를 사용하여 자기리졸버 ID카드 및 광학식 리졸버 ID카드에 공통으로 사용할 수 있다. 따라서, 접속기(422)에 접속된 카운터회로(404)도 공통으로 사용할 수 있다.
모터를 교체하여 정류각이 변화된 경우, 변화후의 정류각으로 설정된 ID카드로 교체시켜 카운터회로(404)판을 교체하지 않고 정류각을 설정할 수 있다.
이렇게 구성된 ID카드에 따라, 정류각데이터의 설정기능이 ID카드에 공급되므로, 정류각이 다른 모터로 교체할 경우 ID카드만이 교체되므로 시스템을 전부교체할 필요는 없다.
다음, 광학식 리졸버 ID카드와 자기리졸버 ID카드는 특정의 카운터회로 접속기를 사용한다. 따라서, 센서의 종류를 변화시킬 경우, ID카드만을 교체하고 모터구동시스템의 다른 부품들은 공통으로 사용할 수 있다.
(4) 외부 I/F부
제2도에서는 3종류의 I/F가 외부 I/F부에 설치되어 있다.
애널로그속도명령신호와 애널로그토크명령신호를 송출하는 호스트제어장치가 속도/토크 I/F(42)에 접속되어 있다.
직렬펄스로 위치명령신호를 송출하는 호스트제어장치는 직렬펄스 I/F(43)에 접속되고, I/F피드백펄스로서 센서(2)의 검출신호를 호스트제어장치에 공급한다. 피드백펄스는 업펄스, 다운펄스형상이거나 위상 A펄스 및 위상 B펄스이다. 호스트제어장치는 송출하기 위한 위치명령과 수신하기 위한 피드백펄스에 따라 모터를 피드백제어한다.
8비트 마이크로컴퓨터버스를 통해 위치명령을 공급하는 호스트제어장치는 8비트 버스 I/F(44)에 접속되어 있다. 상기 I/F에 있어서, (441)은 공급된 8비트데이터에 대응하는 수로 펄스를 발생하는 펄스발생기이다. (442)은 센서(2)로 부터의 피이드백 펄스의 수를 계산하고, 8비트 마이크로컴퓨터버스를 통해 호스트제어장치에 상기 계수치에 대응하는 펄스를 공급하는 피드백펄스카운터이다.
또한, 호스트제어장치는 이러한 직렬펄스 I/F(43)와 8비트펄스 I/F(44)를 통해 모터를 제어할 수 있다.
[5] 위치제어부
제2도의 위치제어부(470)에 있어서, (471)은 위상차카운터(443)의 계수치로부터 모터회전자 및 고정자의 톱니의 위상이동을 얻고, 그 위상이동을 적분하여, 모터의 회전위치를 계산하는 위치계산수단이다. 이러한 연산을 통해 얻은 결과는 위치피드백 신호로서 작용한다.
(472)는 위상차카운터(443)의 계수위치로부터 모터회전자 및 고정자톱니의 위상이동을 계산하고, 정류제어용 시호를 발생하는 정류계산수단이다.
(473)은 위상이동값과 사인(sine)값이 좌표에 저장된 사인표이며, 정류계산수단(472)의 계산결과에 따라 사인값의 신호를 발생한다.
(474)는 회전위치의 원점검출신호를 처리하는 원점처리수단이며, 광학리졸버등의 원점검출슬릿에 의해 검출된 신호가 상기 원점처리회로로 공급된다.
(475)는 직렬펄스 I/F(43) 또는 8비트버스 I/F(44)에서 공급된 위치명령펄스의 수를 계수하는 위치카운터이다.
(476)은 센서(2)로 부터 입력되는 피드백신호를 동일한 간격으로 배열된 펄스를 지닌 신호로 평활하하여 I/F(43), (44)에 공급하는 기능을 지닌 평활하기가 구비된 펄스발생회로이다.
(477)은 위치카운터(475)의 계수치에 의해 공급된 위치명령 또는 테스트 신호 발생수단(478)의 출력에 의해 공급된 위치명령중의 하나를 선택하는 스위치이다. 테스트신호는 위치명령을 공급하기 위한 소정 주파수의 펄스신호로, 테스트모드로 위치제어부의 서보시스템이 조정될 경우 선택된다.
(479)는 스위칭(478)로 선택된 위치명령과 위치계산수단(471)으로 계산된 검출위치 사이의 편차를 구하는 감산기이다.
(480)은 감산기(479)를 통해 얻은 편차에 따라 모터(1)의 회전위치의 피드백제어를 위해 동작하는 위치제어수단이며, 이 위치제어수단(480)은 소프트웨어상의 I-PD(적분, 비례, 미분)을 위해 동작하는 3차서보시스템을 구성한다.
(481)은 위치제어수단(480)으로부터 출력된 제어신호를 디지틀/애널로그신호로 변환시키는 D/A변환기이다.
(482)는 예를들면 제38도에 표시한 바와 같이 그속의 좌표값에 대응하는 모터 위치제어시스템의 고유주파수(fn), DC이득(GDC), 적분제한기값(ILIM) 및 최적제어매개변수(X11), (X12), (X13) 등을 저장하는 이득표이다. 위치제어수단(480)은 이득표(482)로부터 판독된 데어매개변수에 의해 동작한다. 또 DC(GDC) 및 적분제한기값(ILIM)은 후술할 설정부(7)의 구조와 함께 후술한다.
이득표는 적분연산, 비례연산, 미분연산을 포함하며, 이들 연산은 제어연산의 종류에 따라 적절히 사용된다.
[6] 속도제어부
제2도의 속도제어부(490)에 있어서, (491)은 센서의 회전검출신호(SIG 0)의 주파수에 따라 애널로그전압신호를 발생하는 F/V변환기이며, 그 출력은 속도피드백 신호로서 작용한다.
(492)는 스위치로, 위치제어를 위해서는 D/A변환기(488)의 출력단쪽에 접속되나, 속도제어를 위해서는 속도/토크 I/F(42)쪽에 접속된다.
(493)은 상기 스위치(492)에 의해 선택된 명령신호와 F/V변환기(491)를 통해 공급된 속도피드백신호사이의 편차를 구하는 감산기이다.
(494)는 승산용 디지틀/애널로그변환기(이하"MDA"로 약칭)로서, 이득은 디지틀신호상에 설정되고 애널로그입력신호는 증폭된다. MDA(494)의 애널로그 입력신호는 감산기(493)에서 공급된 편차신호이며, 디지틀이득설정신호는 위치제어수단(480) 또는 설정부(7)에 의해 공급된다. 예를들면, 이득설정신호가 8비트신호일 경우, MDA(494)의 이득은 256스테이지로 설정된다.
(495)는 소정의 상부경제 또는 하부경제값내에 MDA(494)의 출력전압을 제어하여 전력제어부(48)에 공급된 전류명령값을 제한하는 제한기이다.
(496), (497)은 애널로그입력신호로서 제한기(495)에 의해 제한된 전류진폭(I)을 지닌 전류명령값 I sin θe, I sin(θe+120°)와 이득설정신호로서 사인표(473)의 판독값 sin θe, sin(θe+120°)를 출력하는 MDA이다. 여기서, 상기 2개의 명령값의 위상은 3상 모터에 기인하여 120°이동되고, 위상수가 변하는 경우 위상이동은 다른 값을 취한다.
[7] 전력제어부
제2도의 전력제어부(48)에 있어서, (501), (502)는 모터(1)의 두 위상의 코일에 흐르는 전류를 검출하는 각각의 전류검출회로이다.
(503), (504)는 MDA(496), (497)로 부터의 전류명령신호와 전류검출회로(501), (502)의 검출전류신호 사이의 편차를 구하는 감산기이다.
(505)는 상기 언급한 편차에 따라 모터코일의 여자전류의 피드백제어를 위해 작용하는 펄스폭변조신호(이하 펄스폭변조를 "PWM"으로 약칭)을 발생하고 출력하는 PWM회로이다.
(506)은 트랜지스터로 구성된 구동회로로, PWM회로(505)로 부터의 PWM신호로 트랜지스터를 구동하여, 모터(1)의 코일에 여자전류을 운반한다.
제39도는 구동회로(506)의 구성예를 나타낸 것이다.
상기 회로는 브리지형 인버터회로로, 도면에는 반쪽의 브리지회로만을 도시하였다.
동도면에 있어서, (Q1), (Q2)는 브리지회로를 구성하는 스위칭소자, (L)은 모터 코일, (E1), (E2)는 전압을 공급하여 코일(L)에 전류를 운송하는 전원이다. (G1), (G2)는 PWM신호로 스위칭소자(Q1), (Q2)를 구동하는 게이트 구동회로이며, (DD1)은 전압을 공급하여, 스위칭소자(Q1), (Q2)를 구동하는 작용을 하는 전원이다.
(D)는 전원(DD1)에서 흐르는 전류의 통로에 형성된 다이오드이며, (R)은 다이오드((D)와 직렬로 접속된 저항이며, (C)는 축전기이다.
저항(R), 다이오드(D) 및 축전기(C)는 부트스트랩회로(B)를 구성한다.
(A1), (A2)는 게이트구동회로(G1), (G2)에 정전압을 공급하는 정전압회로이다.
상기 구동회로에서, 축전기(C)는 전원(DD1)에 의해 충전되어 전압(VBS1)을 발생하고, 이 전압은 정전압회로(A1)에 의해 안정화되어 게이트회로(G1)의 구동전압(VBS2)을 얻는다. 전압(VBS1)은 다음과 같이 얻어진다.
VBS1=VDD1-VF-VDSON[15]
식중, VDD1: 전원(DD1)에서 발생된 전압
VF: 다이오드(D)의 순방향 전압강하
VDSON: (Q2)가 ON될 때의 전압강하
여기서, 제39도의 구동회로의 각각의 신호의 타이밍챠트를 제40도에 나타내었다.
제40도에서, (Q1), (Q2)는 교대로 on되므로 모터코일(L)에 흐르는 전류 IOUT는 (a)에 도시한 바와 같이 변하며, (Q2) 양단의 전압(VDSON)은 (b)에 도시한 바와 같이 변한다.
즉, (Q2)가 ON되면, (VDSON)은, IOUTㆍRON(RON은 (Q2)가 ON될 대의 저항)에 따라 변하나 (Q1)이 ON될 때 (-VF)에서 유지된다. (VDSON)의 이러한 변화로부터 축전기(C)상의 전압(VBS1)은 동도면(c)에 나타낸 바와 같다.
여기서, 전압(VBS1)의 최소값이 정전압회로(A1)의 정전압(V1)과 전압강하(VDF)의 합계보다 크게 설정될 경우, 즉
VDS1＞V1+VDF[16]
정전압회로(A1)의 출력은 일정하게 유지되고, (VBS2)는 (d)에 나타낸 바와 같이 일정한 값을 지닌다. 부트스트랩동작에 기인한 리플을 고려하여 식[16]의 좌변을 식[15]로 치환하며, 상기를 만족하는 (VDD1)은 다음과 같이 된다.
VDD1＞V1+VDF+VF+VDSON+VRP[17]
식중, VRP는 리플전압이다. 리플전압(VRP)은 축전기(C)의 용량에 반비례한다. 전원(DD1)상에 발생된 전압은 식[17]을 만족시키도록 설정한다.
본 발명에 따른 구동회로가 3상모터에 부착된 경우를 제41도에 도시하였으며, 도면은 3상브리지의 절반을 나타낸 것이다. 동도에 있어서, (VD1)은 스위칭소자용 구동전력, (VD2)는 부트스트랩회로용 전력, (VD3)은 전류를 모터코일에 운반하는 전력이다.
이렇게 구성된 구동회로에 따라, 전원(DD1)상에 발생된 전압은 (Q2)가 ON되고 부트스트랩회로상의 전압작용이 최소화된 경우에도 정전압회로의 정전압값을 유지하도록 설정한다. 즉 (Q2)는 (VDSON)내의 커다란 스위칭소자이어도 되므로 스위칭소자의 자유도는 확장된다.
다음, 전원(DD1)의 전압은 충분히 높게 설정되어 있으므로 축전기(C)의 방전시간은 길게 되고 (Q2)를 OFF하는 시간을 연장할 수 있다. 즉, 동작조건의 자유도는 확장된다.
[8] 설정부
제2도의 설정부(7)에 있어서, (71)~(73)은 서보동조스위치이다.
즉, 스위치(71)는 소정범위내에 위치제어시스템의 고유주파수(fn)를 복수스테이지로 설정하는 고유주파수 설정스위치이다. 스위치(72)는 MDA(494)의 DC 이득(GDC)을 복수스테이지로 설정하는 DC 이득 설정스위치이다. DC 이득을 최적값으로 설정함으로써, 기동후 모터의 속도가 균일할 때의 설정시간을 최소화할 수 있다.
스위치(73)는 위치제어수단(480)의 소프트웨어서보내의 디지틀 적분기의 출력의 제한기값(ILIM)을 복수스테이지로 설정하는 적분제한기 설정스위치이다. 제한기값을 최적화함으로써, 모터가 목표위치에 도달할 때의 설정시간을 최소화할 수 있다. (fn), (GDC), (ILIM)의 값을 스위치(71)~(73)상에 설정하면, 설정점에 대응하는 최적제어매개변수값은 이득표(482)로부터 판독된다. 위치제어수단(480)은 판독제어매개변수값에 따라 MDA(494)의 이득을 설정한다. 또, (fn), (GDC), (ILIM)은 스위치상에 설정되지 않고 외부제어장치사에 설정되어도 된다.
또한, 제어매개변수는 (fn), (GDC), (ILIM) 모두가 아니라 적어도 이들중 하나를 설정할때 판독되어도 된다. (74), (75)는 호스트제어장치(3)에 접속된 입력/출력포트(이하 "I/O 포트"라 한다)이다. 위치제어수단(480)의 제어를 적분연산 또는 비례연산으로 절환하는 적분/비례 절환신호는 I/O 포트(74)에 전송된다. MDA(494)의 이득을 직접 설정하는 이득설정신호는 I/O 포트(75)에 전송된다.
상기 언급한 [1]~[8] 항목별로 설명한 복수의 성분을 커버하는 이런 부분의 구체적 구조예를 이하 설명한다.
[9] 원점 검출장치
제42도는 모터회전위치의 원점을 검출하는 장치의 구성예를 나타낸 것이다. 동도에 있어서, 자기리졸버(2)는 모터의 회전으로 변조된 위상을 지닌 신호(θ0)와 위상이 변조되지 않은 기준신호(θ1)를 발생하며, 각각의 신호는 다음 식에 의해 주어진다.
θ0=Ksin(ωt+n1θ)
θ1=Esinωt
식중, E는 전압의 진폭, K는 상수, n1은 자기리졸버용 회전자톱니의 수이다. LPF(419), (422) 및 파형정형화용 비교기(421), (420)를 통과한 후에, 신호(θ0), (θ1)는 위상차카운터(443)에 공급된다.
위상차카운터(443)은 클록발생기(441)에 의해 발생된 클록으로 이렇게 공급된 2개의 신호 사이의 위상차를 측정한다. 위상차카운터(443)은 모터(1)의 회전자톱니의 n피치(n은 정수)의 회전각에 대응하는 위상차를 계수한 곳에서 캐리(carry)를 지니는 구성으로 되고, 위상차카운터(443)에는 측정된 값이 장전되는 출력레지스터(4431)가 배치되어 있다. (4741)은 마이크로프로세서, 출력레지스터(4431)로부터 위상차를 판독하고 그 위상차를 계수하기 위한 캐리어로부터 모터(1)의 회전위치의 원점을 검출한다. 여기서, 원점이란 모터(1)의 회전자 및 고정자의 톱니위상이 일치하는 회전위치이다. (4742)는 출력신호포트로, 마이크로프로세서(4741)의 원점검출에 따라 온 또는 오프원점신호를 출력한다. 마이크로프로세서(4741)와 출력신호포트(4742)는 제2도의 원점처리수단(474)상에 설치된다. 이와 같이 구성된 장치의 동작을 설명한다.
제43도는 각각의 신호의 타이밍차트이다. 동도면(a) 및 (b)에 도시된 신호(θ0)와 (θ1)는 자기리졸버(2)에서부터 발생된다. 위사차카운터(443)는 (c)에 도시한 클록발생기(441)의 클록으로 이들 신호의 위상차(t1-t0)를 측정하고, 그 측정치(m)를 출력레지스터(4431)에 저장한다. 이 경우, 출력레지스터(4431)의 설정값은 (d)에 나타낸 바와 같이 변한다. 마이크로프로세서(4741)는 출력레지스터(4431)의 설정값을 소정 주기로 판독하여 제44도에 도시된 바와 같이 처리해서, 자기리졸버(2)의 회전위치의 원점을 검출한다.
이하, 제444도의 처리를 설명한다.
위상차카운터(443)는 자기리졸버(2)의 회전자의 1톱니피치분의 위상차를 계수한 곳에서 최상위비트(MSB) 대해 캐리를 지니는 구성으로 되어 있다.
상기와 같이 출력레지스터(4431)의 설정값을 판독하여, 마이크로프로세서(4741)는 MSB의 내용이 "1"일경우 원점신호를 온상태로 하고, "0"일때 원점신호를 오프상태로 한다. 이런 원점신호는 출력신호포트(4742)로부터 발생한다. 마이크로프로세서상의 처리 및 원점신호의 타이밍챠트를 제43e와 f도의 (tP: 마이크로프로세서의 처리시간, tSP: 마이크로프로세서의 처리 주기)에 나타내었다. 이와 같이 알고리즘에 의한 원점신호의 조작을 행하기 위해서는, 모터(1)의 회전주파수(N)는 다음의 방정식을 만족해야만 한다.
N＜1/2nPㆍtSP
식중, nP는 모터회전자의 톱니수이다.
또한, 위상차카운터(443)는 모터회전자(443)는 모터회전자 톱니의 1피치이외의 임의의 정수피치분의 위상차를 계수한 곳에서 MSB에 대해 캐리를 지니는 구조이어도 된다.
또, MSB에 대한 캐리뿐만 아니라 다른 것에 대한 캐리에 따라 원점신호를 조작하는 다른 구성으로 해도 된다. 이런 원점검출장치에 따르면, 다음의 효과를 얻을 수 있다.
① 캐리가 MSB로 될 때까지의 위상차카운터에 의한 계수치를 CO로 하면, 원점은 1/nPㆍCo의 분해능으로 검출될 수 있고, 검출분해능은 위상차를 계수하는 클록의 주파수를 증가시킴으로써 증가될 수 있으므로 원점을 고정 밀도로 검출할 수 있다.
② 마이크로프로세서에 의한 처리가 대부분이므로, 원점신호를 저비용으로 발생할 수 있으며, 특히, 마이크로프로세서를 내장하는 서보구동기 등에 적용한 경우에 바람직한 결과를 얻을 수 있다.
[10] 검출신호용 보정장치
제45도는 모터의 검출된 회전위치를 보정하는 장치의 구성예를 나타낸 것이다. 동도에 있어서, (4711)은 식 θ0=Ksin(ωt+nθ)내의 θ의 소정각 0°~360°를 저장하는 ROM 및 각각의 각을 좌표적으로 보강하는 보강자를 사용하는 보정표이다. 상기 보강자는 360°에서의 전기각의 보강자, 즉, 회전자의 1톱니피치에 대한 보강자에 대응한다. (4712)는 마이크로프로세서로, 출력레지스터(4431)내에 설정된 위상차를 판독하고, 이 위상차에 따라 보정표(4711)로부터 보강자를 판독한다. 다음, 계산된 회전위치는 상기와 같이 판독된 위상차에 따른 보강자에 의해 보정된다. (4713)은 마이크로프로세서(4712)로 보정된 위치의 신호를 수신하여 이것을 직렬펄스신호로 변환하여 출력하기 위한 펄스발생기이다. 상기 출력은 모터(1)의 회전위치의 검출신호로서 작용한다. 보정표(4711), 마이크로프로세서(4712) 및 펄스발생기(4713)는 위치계산수단(471)상에 설치된다.
이하, 이와 같이 구성된 장치의 동작을 설명한다.
제46도는 각각의 신호의 타이밍차트이다. 동도면의 (a), (b)에 도시한 신호(θ0)와 (θ1)는 자기리졸버(2)로 부터 발생된다. 위상차카운터(443)는 (c)에 도시한 클록발생기(441)의 클록(fc)으로 이들 신호의 위상차(t1-t0)를 측정하고, 그 측정치(m)를 출력레지스터(4431)에 저장한다. 이 경우, 출력레지스터(4431)내에 설정된 값은 (d)에 도시한 바와 같이 변한다. 마이크로프로세서(4712)는 출력레지스터(4431)의 설정값을 일정주기로 판독하고 제47도에 도시된 처리를 행하여, 모터의 보정된 회전위치를 계산한다.
즉, 제47도에서, 모터회전속도(V)가 V1=(정격회전속도)×0.03보다 작은지의 여부를 판별하여, 작은 경우 출력레지스터(4431)의 설정값에 따라 보정표(4711)로 부터 보강자를 판독하고 출력레지스터(4431)의 설정값으로부터 계산된 회전위치는 보강자에 의해 보정된다. (V)가 (V1)보다 큰 경우, 보정값이 계산된 경우 모터는 고속으로 회전하므로 모터의 회전위치는 크게 변동하여, 보정값은 이용할 수 없으므로 보정은 실행되지 않는다. 1주기동안 모터회전위치의 편차는 그후 펄스발생기(4713)상에 설정되고, 펄스발생기(4713)는 편차를 직렬펄스로 변환하여 출력한다. 모터회전위치는 이와 같이 해서 검출된다. 이런 구성으로부터 회전위치를 고정밀하게 검출할 수 있다.
[11] 모터구동회로용 제한기
제48도는 모터코일에 공급된 전류를 제한하는 장치의 구성예를 나타낸 것이다. 동도면에서, (495)는 제한값계산부(498)에서 공급된 제한값으로 전류명령값 신호의 전압을 제한시켜 전류명령값(Uin)을 제한하는 제한기이다. (48)은 제한기(495)의 출력에 따라 모터(1)에 구동전류를 공급하는 전력제어부이다.
제2도에 주어진 구조에 따라서, 제한값계산부(498)는 제2도의 시스템에 있어서 센서(2)와 제한기(495)사이에 형성된다. 제한값계산부(498)에 있어서, (4981)은 전압제어곡선의 매개변수가 저장된 영속성 메모리(ROM)이다. (4982)는 최대전류값과 모터회전주파수를 대응시킨 좌표식의 표형태로 전압제한곡선(이하 "I-N곡선"으로 약칭)을 저장하는 비영속성 메모리(RAM)이다. I-N곡선은 회전주파수와 제한값 또는 최대전류값 사이의 관계를 나타낸다. (4983)은 제한값을 얻기 위한 마이크로프로세서(μp)이다. μp(4893)에서, (4984)는 계산수단으로, ROM(4981)으로부터 판독된 매개변수(P)에 대한 I-N곡선을 선택하고, 선택된 I-N곡선상에서 최대전류값 Lim(N)과 모터의 회전주파수 N을 얻고 이들 값을 RAM(4982)의 좌표에 저장한다. (4985)는 센서(2)의 출력신호로 모터의 회전주파수 N을 검출하는 속도검출기이다. 전류제한값 Lim(N)은 검출된 회전주파수 N에 따라 RAM(4982)으로부터 판독되어 제한기(495)에 공급된다. 상기와 같이 구성된 장치의 동작을 설명한다.
전력을 차단할때, I-N곡선의 매개변수(P)는 ROM(4981)으로부터 판독되고 이 매개변수에 의해 제한함수 f(P,N)이 선택된다. 다음에, 각각의 회전주파수 N의 값에서 최대전류값 Lim(N)이 Lim(N)=f(P,N)으로부터 계산되고, 계산된 값은 RAM(4982)의 좌표에 저장된다. 이런 동작을 위해, 함수 f(P,N)과 회전주파수의 범위 -Nmax~+Nmax가 미리 제공된다. I-N곡선의 일례를 제50도에 나타내었다.
정상동작시, 우선 속도검출기(4985)는 센서(2)의 출력신호에 따라 모터회전주파수 N을 검출한다. 다음, 검출된 회전주파수 N에 대한 최대전류값 Lim(N)은 RAM(4982)으로부터의 판독되고, 이 값은 제한기(495)에 공급된다. 제한기(495)는 전류명령값(Uin)의 신호전압을 다음과 같이 제한하여 신호전류명령값(Uout)을 발생한다.
│Uin│ Lim(N)이면, Uout=Uin
│Uin│＞Lim(N)이면, Uout=Lim(N)
전류제어부 즉 전력제어부(48)는 이렇게 얻은 전압명령값(Uout)에 따라 전류(Iout)를 모터(1)에 공급한다. 이런 제한기에 따라, ROM(4981)에서 판독된 매개변수(P)를 모터가 사용된 작동기의 내역으로 설정하여 제한함수 f(P,N)의 형상은 간단히 결정되고 상기 내역에 순응하는 특성의 I-N곡선을 얻을 수 있다. 즉, 제한기는 다양한 내역의 작동기에 순응적이다.
다음, 제한함수 f(P,N)는 μp에서 발생되므로, 구동전류는 복잡한 전자회로를 구비함없이 값싼 수단으로 다양한 내역에 제한될 수 있다. 또한, 제한값은 μp로 계산되므로 고정밀한 제한값을 얻을 수 있다.
[12] 절대회전위치검출시스템
절대회전위치를 검출하는 기능을 지닌 제2도의 시스템의 구성예를 설명한다. 제51도는 기구부의 단면도이다. 동도면에서, 모터(1)가 1/n 회전할때마다 0°~360°로 변하는 검출신호위상을 지닌 nX 리졸버(n은 정수)(21)와, 모터(1)가 1회전할때마다 0°~360°로 변하는 검출신호위상을 지닌 1X 리졸버(22)는 자기리졸버(2)로서 제공된다. 1X 리졸버(22)는 1/n 회전을 분해능으로 해서 모터의 회전을 검출하고, nX 리졸버(21)는 검출된 1/n 회전내에서의 모터의 회전위치를 검출한다. nX 리졸버의 회전자에 형성된 톱니의 수는 모터(1)의 회전자에 형성된 톱니와 동일하다. 기구부의 다른 구성은 제26도와 동일하다.
제52도에 도시한 바와 같이, 자기리졸버(21), (22)는 모듈화되어 있으며, 완성된 조립체 상태로 작동기에 내장된다. 모터구동시스템이 중량성 방식의 것만을 요하는 경우, nX 리졸버만을 장착하고, 절대회전위치를 검출하는 기능까지도 필요한 경우에는 nX 리졸버외에 1X 리졸버를 임의로 장착한다.
제53도는 이런 자기리졸버의 검출신호에 따라 모터의 절대회전위치를 검출하는 시스템의 구성예이다. 제53도에서, (4021), (4022)는 nX 리졸버와 1X 리졸버가 각각 연결된 리졸버 I/F, (491)은 애널로그전압의 속도검출신호로서 리졸버 I/F(4021)로부터의 신호를 피드백하는 F/V변환기, (4041)은 nX 리졸버의 여자신호(SIG 0)와 출력신호(SIG 1) 사이의 위상차로부터 nX 리졸버상에 검출된 위상을 계측하는 nX 카운터, (4042)는 리졸버 I/F(4022)에서 송출된 1X 리졸버(22)의 여자신호(AB 0)와 출력신호(AB 1) 사이의 위상차로부터 1X 리졸버상에 검출된 위상을 계측하는 1X 카운터이다.
(4043)은 nX 카운터(4041)와 1X 카운터(4042)의 계측값에 따라 모터(1)의 절대회전위치를 산출하는 합성회로이며, (4700)는 nX 카운터(4041) 또는 합성회로(4043)의 출력을 선택적으로 위치검출신호로서 피드백하는 스위치이다. 성분(4041)~(4043)은 제2도의 카운터회로(404)내에 설치된다. (476)은 합성회로(4043)에서 산출된 절대회전위치를 위상 A펄스, 위상 B펄스 또는 업펄스, 다운펄스로서 발생하는 펄스발생회로이며, (3)은 펄스발생회로(476)에 의해서 제공된 절대회전위치를 기초로 하여 업/다운펄스로 증량성의 위치명령값 신호를 발생하는 위치명령제어장치이다.
(475)는 명령위치제어장치(3)의 출력펄스수를 적분하는 적분카운터, (479)는 위치명령값과 위치피드백값 사이의 편차를 구하는 감산기, (480)은 상기 편차에 따라 모터(1)의 회전위치를 피드백제어하는 위치제어수단, (481)은 위치제어수단(480)의 제어신호를 디지틀/애널로그신호로 변환하는 D/A변환기이다.
(493)은 D/A변환기(481)의 출력과 속도피드백값 사이의 편차를 구하는 감산기, (494)는 편차신호를 증폭하는 증폭기이다. (496), (497)은 증폭기(494)에 의해 공급된 진폭(I)의 승산을 통하여 전류명령값 신호 I sin θe와 I sin(θe+120°), nX 카운터(4041)의 위상차 계수치에 의해 공급된 사인파신호 sin θe와 sin(θe+120°)를 발생하는 MDA이다. 모터는 3상형이므로 2개의 사인파신호의 위상이 120°이동되며, 위상수가 다른 경우 위상이동은 다른 값을 취한다.
(501), (502)는 모터(1)의 코일에 흐르는 전류를 검출하고 피드백하는 전류검출회로, (507)은 전류명령값과 전류피드백값 사이의 편차에 따라 발생된 PWM 신호에 의해 구동되어 전류를 흐르게 하고, 이 전류를 모터의 코일에 공급하는 브리지 회로이다.
전류명령값은 nX 카운터(4041)의 계수치에 의해 발생되므로, 모터는 nX 리졸버(21)의 검출신호에 의해 정류제어를 받는다. 상기와 같이 구성된 시스템의 동작을 설명한다.
우선, 절대회전위치의 검출동작을 설명한다.
제54도는 자기리졸버의 여자신호 및 출력신호의 타임챠트이다. 자기리졸버는 위상변조형이므로, nX 리졸버 및 1X 리졸버의 검출위상 φnX, φ1X변화를 제55도에 도시하였다. 도면의 가로축상의 회전각은 기계각이다. 이런 회전에 따라서, 검출위상 φ1X의 값으로 부터, 검출위치가 검출위상 φnX의 몇번째 주기에는 해당하는지가 검출된다. 절대회전위치(A)는 검출번호 i와 φnX의 값으로부터 다음과 같이 얻어진다.
A=(i-1)ㆍP+φnX
식중, P : 위상이 360°일때의 nX 카운터의 계수치
φnX: nX 카운터의 계수치
예를들어, (SIG 0), (SIG 1)의 주파수를 3KHz, 카운터(4041), (4042)의 위상계측 클록의 주파수를 3MHz로 하고,
(위상이 360°일때의 1X 리졸버의 계수치)=1,000
n=20
φ1X=390
φnX=500
로 하면, 절대회전위치(A)는 다음과 같이 된다. 즉,
(nX 리졸버의 1주기분의 검출신호에 따른 1X 카운터의 계수치의 변화)
=1,000/20
=50
P=3MHZ/3KHz=1,000
i=INT[390/50]+1=8
A=(8-1)×1,000+500=7,500[펄스]
상기 연산에 있어서, 펄스수의 계수치가 산출되고 있으나, 펄스수는 각도에 비례하고 있으므로, 상기 산출값으로부터 회전위치를 구할 수 있다.
다음, 서보시퀀스는 다음과 같이 된다.
우선, 전력을 차단한 후, 스위치(4700)는 So측에 접속되고 위치서보가 구동되어 절대회전위치를 산출하고, 위치명령값=절대회전위치를 유지한다. 절대회전위치의 값은 위상 A펄스, 위상 B펄스 또는 업펄스, 다운펄스로 호스트 위치명령제어장치(3)로 전송된다. 위치명령제어장치(3)는 절대회전위치값을 오프셋값으로 하고 그 후는 펄스신호로 증량성인 위치명령값을 발생한다.
위치서보는 상기 위치명령값을 수신하고, 동작중인 동안 스위치(4700)를 S1측에 접속하여 nX 카운터의 계수치를 위치피드백값으로서 위치를 피드백제어한다. 모터가 정지해서 위치결정되면, 스위치(4700)는 S0측에 접속되어 절대회전 위치가 검출된다.
상기와 같이 구성된 시스템에 따라 다음의 효과를 얻을 수 있다.
① 모터의 기구부에서는, nX 리졸버와 1X 리졸버는 모듈화되어 있으며, 모터구동시스템이 증량성 방식만의 것으로 되는 경우는 nX 리졸버만을 장착하고, 절대회전위치의 검출기능까지도 필요로 할 경우는 nX 리졸버외에 임의로 1X 리졸버를 장착하는 구성으로 되어 있다. 이 때문에, 증량성 방식의 기구부에 간단한 추가를 행하는 것만으로 절대회전위치를 검출할 수 있는 모터 구동시스템을 실현할 수 있다.
② 제53도의 파선으로 둘러싼 부분이 증량성 방식의 시스템구성이며, 이 부분에 1X 리졸버의 신호처리회로와, 2개의 리졸버의 검출신호의 합성회로를 추가하는 것만으로 절대회전위치를 검출할 수 있는 모터구동시스템을 실현할 수 있다.
③ 또, 모터가 정지하고 있을 때에 절대회전위치를 검출하고, 모터가 회전하고 있을 때는 검출한 절대회전위를 오프셋으로서 증량성 방식으로 위치를 피드백제어하고 있기 때문에, 증량성 방식의 위치제어를 행하면서 절대회전위치의 검출도 행할 수 있다.
본 발명에 관한 모터구동시스템은 상기와 같이 구성되어 있다. 이런 모터구동시스템에 따라서, 다음의 효과를 얻을 수 있다.
① 외부 I/F부, 센서 I/F부, 주제어부, 전력제어부 등의 모터구동시스템의 성분을 모듈화하고, 각각의 모듈을 카드로 구성한다. 따라서, 카드를 교체하는 것만으로 다양한 요구조건을 간단히 만족시킬 수 있다.
② 또, 상기 성분은 모터기구부에 있어 매 단위로 모듈화되어 있으므로 출력 토크, 크기등을 용이하게 변형시킬 수 있어 다양한 내역에 유연하게 대처할 수 있다.
③ 외부 I/F부는 직렬펄스신호선, 8비트 마이크로컴퓨터버스 및 애널로그신호선중 어느 하나를 통해 호스트제어장치에 접속될 수 있으므로, 모터구동시스템은 다양한 호스트제어장치로부터 명령값을 수신할 수 있고 시스템의 적용범위를 더욱 넓힐 수 있다.
④ 센서 I/F부는 자기리졸버 및 광학식 리졸버를 연결시키도록 준비되므로, 광학식 리졸버 또는 자기리졸버를 정밀도 또는 비용문제에 따라 선택할 수 있으므로 다양한 목적에 부응한다.
⑤ 사용되는 ID 카드만이 자기리졸버 또는 광학식 리졸버가 사용된 경우에 따라 다르고 시스템의 다른 성분은 공통으로 사용되므로, 자기리졸버와 광학식 리졸버는 시스템을 공통으로 구성하는 모듈에 선택적으로 사용할 수 있다.
⑥ 슬릿은 광학식 리졸버에 있어, 2열로 형성되어 있고, 즉,
(외부슬릿과 내부슬릿의 수의 차)=(모터회전자의 톱니수)
자기리졸버의 경우에는,
(자기리졸버의 회전자톱니수)=(모터회전자 톱니수)로 되어 있다.
다음, 자기리졸버용 ID 카드에서는 검출된 위상을 지니는 회전검출신호와 위상이 변조되 않은 기준신호는 추출되며, 광학식 리졸버용 ID 카드에서는 외부슬릿, 내부슬릿을 통과한 광검출신호가 추출된다.
즉, 상기 ID 카드중에서, 모터의 회전자 및 고정자의 톱니의 위상이동은 2개의 추출신호사이의 위상차를 계측하여 검출될 수 있다. 따라서, 공통 위상차카운터를 사용하여 정류제어용 신호를 얻을 수 있다.
또한, 모터의 회전위치는 위상이동을 적산하여 산출될 수 있다.
또, 모터의 회전속도는 변조된 위상을 지니는 각각의 센서의 출력신호 주파수로부터 검출될 수 있다.
이상 설명한 바와같이, 위치제어, 속도제어 및 정류제어용 신호는 센서 I/F 부상에서 동시에 검출되며, 상기 세가지 제어목적을 위해 사용된 신호는 자기리졸버와 광학실 리졸버의 2종류의 센서에 의해 검출될 수 있다.
⑦ 절대회전위치를 검출하는 기능을 지닌 시스템은 증량식 자기리졸버를 사용하는 시스템에 1X 리졸버와 이것의 제어회로를 단지 부가한 것으로, 절대 회전위치용의 검출시스템을 저렴하게 완성할 수 있다.
⑧ 증량식 센서를 사용하는 시스템에 있어서, 회전위치의 원점은 위상차카운터의 캐리에 의해 검출되므로, 원점은 기존 카운터에 의해 저가로 검출할 수 있다.
이상 상세히 설명한 바와같이, 본 발명에 관한 모터구동시스템은 많은 이점을 지니며 각종 용도에 유효하게 적용할 수 있다.

Claims (24)

  1. 모터(1)를 피드백제어하는 모터구동시스템에 있어서, 명령신호를 발생하는 호스트제어장치의 종류에 따라 복수의 인터페이스(41~44)로 이루어진 외부인터페이스부(400)와, 상기 모터의 회전을 검출하는 센서의 인터페이스(45,46)로 이루어진 센서 인터페이스부(401)와, 상기 외부인터페이스부로부터 수신된 명령신호와 상기 센서인터페이스부로부터 수신된 검출신호에 따라 모터의 피드배제어를 위해 작동하도록 제어신호를 발생하는 주제어부(47)와, 상기 제어신호에 따라 전류를 증폭하고 이 증폭된 전류를 모터의 코일에 공급하는 전력제어부(48)로 구성되고, 상기 외부인터페이스부, 센서인터페이스부, 주제어부 및 전력제어부는 분리되어 카드로 모듈화되어 있는 것을 특징으로 하는 모터구동시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 모터(1)는 복수의 톱니가 상단에 형서된 돌출극를 지닌 고정자(11 ; 101)와, 상기 톱니에 대향하는 위치에 복수의 톱니가 형성된 회전자(12 ; 108)를 지니고, 자장발생수단으로서 코일(114 ; 106,107)과 영구자석(115 ; 120)을 사용하여, 이 각각의 성분은 매소정 단위로 모듈화되어 있는 것을 특징으로 하는 모터구동시스템.
  3. 제1항에 있엇, 상기 모터(1)는 몸체의 길이가 가변되는 부재를 사용해서 축적된 코어의 수를 간단히 변화시켜 출력토크를 가변할 수 있는 것을 특징으로 하는 모터구동시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 센서(2)는 자기리졸버인 것을 특징으로 하는 모터구동시스템.
  5. 제4항에 있어서, 상기 자기리졸버(2)는 위상변조형이며, 모터의 회전자와 동일한 톱니수를 지닌 회전자(231)가 모터의 회전자에 결합되고, 상기 회전자(231) 및 고정자(233)는 2개의 회전자판과 고정자판이 차례로 배치된 이중구조이거나 또는 하나의 회전자판과 고정자판을 각각 지니는 단일코어구조이며, 상기 고정자판에 설치된 돌출국상에 2상코일이 감겨 있고, 각각의 위상코일 양단의 전압이 가산 및 감산되어 단일변조된 위상검출신호를 발생하는 것을 특징으로 하는 모터구동시스템.
  6. 제4항에 있어서, 상기 자기리졸버는 모터가 1회전할 때마다 0°~360°로 변하는 검출신호의 위상을 지닌 1X 리졸버(22)와 모터가 1/n 회전할때마다 0°~360°로 변하는 검출신호의 위상을 지닌 nX 리졸버(n은 정수)(21)가 결합된 것으로, 1/n 회전을 분해능으로 지닌 상기 1X 리졸버의 검출신호에 의해 모터의 회전위치를 검출하고 또 검출된 1/n 회전내에서의 모터의 회전위치를 상기 nX 리졸버의 검출신호에 의해 검출하여 모터의 절대회전위치를 구하는 검출회로를 구비한 것을 특징으로 하는 모터구동시스템.
  7. 제6항에 있어서, 상기 검출회로는, 상기 1X 리졸버 및 nX 리졸버의 검출신호의 위상을 펄스로 계수하는 1X 카운터(4042) 및 nX 카운터(4041)와, 상기 1X 카운터의 계수치로부터 1/n 회전을 분해응으로 해서 모터의 회전 위치를 검출하고, 상기 nX 카운터의 계수치로부터 상기 검출된 1/n 회전내에 있어서의 모터의 회전위치를 검출하고 이들 검출된 값을 합성하여 모터의 절대회전위치를 구하는 합성회로(4043)와, 상기 합성회로 또는 nX 카운터의 출력을 선택적으로 피드백하는 스위치(4700)와, 상기 합성회로로부터 구한 절대회전위치를 기준위치로서 증량성인 위치 명령값을 발생하는 위치명령부(3)와, 모터가 정지하고 있을 때는 상기 스위치로 합성회로의 출력을 피드백하는 동시에 이 출력을 상기 위치명령부에 공급해서 절대회전위치를 검출하고, 모터가 회전하고 있을때는 상기 스위치로 nX 리졸버의 출력을 피드백하고 위치명령부에 의해 발생된 위치명령값에 따라 모터의 회전위치를 증량성 방식으로 피드백제어하는 위치제어부(480)를 구비한 것을 특징으로 하는 모터구동시스템.
  8. 제6항에 있어서, 상기 nX 리졸버(21)의 회전자의 톱니수는 상기 모터의 회전자와 동일하며, nX 리졸의 검출신호에 의해 모터가 정류제어되는 것을 특징으로 하는 모터구동시스템.
  9. 제1항에 있어서, 상기 센서(2)는 광학식 리졸버인 것을 특징으로 하는 모터구동시스템.
  10. 제9항에 있어서, 상기 광학식 리졸버는 위상변조형 회전리졸버이며, 상기 모터의 회전자에는 코드판(301)이 결합되고, 이 코드판의 원주방향으로 2열의 내ㆍ외부슬릿(302)(303)이 형성되어 있으며, 이 내부슬릿과 외부슬릿사이의 개수의 차는 모터의 회전자의 톱니수와 동일하며, 슬릿의 1피치에 배열된 복수의 포토다이오드를 지닌 포토다이오드배열(308)(309)은 각각의 슬릿열에 대향하는 위치에 형성되고 포토다이오드의 광검출신호를 주사함으로써 회전검출신호를 얻는 것을 특징으로 하는 모터구동시스템.
  11. 제1항에 있어서, 상기 센서로서는 자기리졸버 또는 광학식 리졸버를 선택가능한 것을 특징으로 하는 모터구동시스템.
  12. 제1항에 있어서, 상기 센서인터페이스부(401)는 복수종류의 센서를 선택적으로 연결하기 위한 것임을 특징으로 하는 모터구동시스템.
  13. 제1항에 있어서, 상기 센서인터페이스부(401)는 센서로서 자기리졸버 또는 광학식 리졸버를 선택적으로 연결하기 위한 것으로서, 상기 광학식 리졸버의 외부슬릿과 내부 슬릿에 대향하여 배치된 포토다이오드 배열의 광검출신호를 추출하는 광학식 리졸버 ID 카드(403), 상기 자기리졸버의 회전자의 회전자에 의해 변조된 위상을 지닌 신호와 위상이 변조되지 않은 기준신호를 추출하는 자기리졸버 ID 카드(402) 및 센서로서 광학 리졸버가 접속될 때에는 광학식 리졸버 ID 카드에 의해 추출된 2개의 신호사이의 위상차를 계수하고, 자기리졸버가 접속될 때에는 자기리졸버 ID 카드에 의해 추출된 2개의 신호사이의 위상차를 계수하는 위상차카운터(443)를 구비한 것을 특징으로 하는 모터구동시스템.
  14. 제13항에 있어서, 상기 주제어부(43)는 상기 위상차카운터의 계수차로부터 모터의 회전자 및 고정자의 톱니의 위상차를 얻고 이 위상이동으로부터 모터의 정류를 제어하기 위한 신호를 계산하는 정류계산수단(472)을 포함하는 것을 특징으로 하는 모터구동시스템.
  15. 제13항에 있어서, 상기 주제어부(47)는 상기 위상차카운터의 계수치를 적분하여 모터의 회전위치를 계산하는 위치계산수단(475)을 포함하는 것을 특징으로 하는 모터구동시스템.
  16. 제13항에 있어서, 상기 주제어부(47)는 상기 2개의 ID 카드(402)(403)중 하나에 의해 추출된 위상변조신호의 주파수로부터 모터의 회전속도를 검출하는 속도검출수단(4985)을 포함하는 것을 특징으로 하는 모터구동시스템.
  17. 제15항에 있어서, 상기 주제어부(47)는 상기의 외부인터페이스에 의해 공급된 위치명령신호와 상기 위치계산수단의 연산결과에 따라 모터의 회전위치를 피드백제어하는 위치제어부(480)를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터구동시스템.
  18. 제16항에 있어서, 상기 주제어부(47)는 상기 외부인터페이스부(400)에 의해 공급된 속도명령신호와 상기 속도검출수단의 검출신호에 따라 모터의 회전속도를 피드백제어하는 속도제어부(490)를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터구동시스템.
  19. 제13항에 있어서, 상기 위상차카운터(443)는 모터회전자의 톱니의 n피치(n은 정수)에 대한 위상차를 계수한 곳에서 캐리를 발생하고, 상기 주제어부(47)는 상기 위상차카운터의 캐리어와 모터의 회전자 및 고정자의 톱니의 위상이 일치하는 회전위치의 원점을 검출하는 원점검출수단(474)을 포함하는 것을 특징으로 하는 모터구동시스템.
  20. 제13항에 있어서, 상기 센서인터페이스부(401)는 상기 위상차카운터의 계수치와 상기 ID 카드에 의해 추출된 위상변조신호에 따라 모터의 위치제어, 속도제어 및 정류제어를 위해 동시에 작용하는 신호를 추출하는 것을 특징으로 하는 모터구동시스템.
  21. 제13항에 있어서, 상기 센서인터페이스부(401)는 공통위상카운터의 상기 리졸버 ID 카드로 추출된 2개의 신호사이, 또는, 상기 광학식 리졸버로 추출된 2개의 신호사이의 위상차를 계측하여, 자기리졸버 및 광학식 리졸버의 2종류의 센서에 대해 위치제어, 속도제어 및 정류제어를 위해 동시에 작용하는 신호를 추출하는 것을 특징으로 하는 모터구동시스템.
  22. 제1항에 있어서, 상기 외부인터페이스부(400)의 복수의 인터페이스에 접속된 호스트제어장치(3)는 통신선, 직렬펄스신호선, 애널로그신호선 및 n-비트 마이크로컴퓨터버스(n은 정수)를 통해 명령신호를 송출하는 것을 특징으로 하는 모터구동시스템.
  23. 제1항에 있어서, 상기 주제어부(47)는 상기 모터의 위치제어시스템의 교유주파수, 주제어부에 구비된 속도제어부(490)의 DC 이득 및 주제어부의 구비된 위치제어부(470)상의 적분기출력의 적분제한기값과, 이들 값에 따른 최적제어매개 변수를 대응시키는 이득표(482)를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터구동시스템.
  24. 모터를 피드백제어하는 모터구동시스템에 있어서, 명령신호를 발생하는 호스트제어장치의 종류에 따라 복수의 인터페이스(41~44)가 구비된 외부인터페이스(400)와, 상기 모터의 회전을 검출하는 센서의 인터페이스(45,46)가 구비된 센서 인터페이스부(401)와, 상기 외부인터페이스부로부터 수신된 명령신호와 상기 센서인터페이스로부터 수신된 검출신호에 따라 모터의 피드백제어를 위해 작동하도록 제어신호를 발생하고, 상기 모터의 위치제어시스템의 고유주파수, 주제어부에 구비된 속도제어부(490)의 DC 이득 및 주제어부에 구비된 위치제어부(480)상의 적분기출력의 적분제한기값과, 이들 값에 따른 최적제어매개변수를 대응시키는 이득표(482)를 포함하는 주제어부(47)와, 상기 제어신호에 따라 전류를 증폭하고 이 증폭된 전류를 모터의 코일에 공급하는 전력제어부(48)와, 고유주파수설정스위치(71), DC 이득설정스위치(72) 및 적분제한기값 설정스위치(73)를 포함하여, 고유주파수, DC 이득 및 적분제한기값을 소정범위내에 복수의 스테이지로 설정하고, 상기 주제어부의 제어에 사용하기 위해서 설정된 고유주파수, DC 이득 및 적분제한기값중 적어도 하나에 따라서 이득표로부터 최적제어매개변수를 판독하는 설정부(7)로 구성되고, 상기 외부인터페이스부, 센서인터페이스부, 주제어부 및 전력제어부는 분리되어 카드로 모듈화되어 있는 것을 특징으로 하는 모터구동시스템.
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