WO2016182197A1 - 스텝 모터 탈조 감지 시스템 및 방법 - Google Patents

스텝 모터 탈조 감지 시스템 및 방법 Download PDF

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WO2016182197A1
WO2016182197A1 PCT/KR2016/003251 KR2016003251W WO2016182197A1 WO 2016182197 A1 WO2016182197 A1 WO 2016182197A1 KR 2016003251 W KR2016003251 W KR 2016003251W WO 2016182197 A1 WO2016182197 A1 WO 2016182197A1
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voltage signal
change
signal
unit
slope
Prior art date
Application number
PCT/KR2016/003251
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English (en)
French (fr)
Inventor
최상림
Original Assignee
(주)인텔리안테크놀로지스
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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/165—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/34—Testing dynamo-electric machines

Definitions

  • the present invention relates to a step motor step out detection system and method, and more particularly to a step motor step out detection system and method that can reduce the initialization time of the step motor and extend the life of the motor.
  • a step motor or stepping motor is called a pulse motor because it rotates by a predetermined angle unit in response to an input pulse.
  • the step motor or the stepping motor rotates at a predetermined angle, the current position information can be known without feedback of the position information. . Therefore, step motors can be used in many applications.
  • the step motor has advantages such as small size, high torque, and long life, and a driving method by open loop control that does not feed back the position of the step motor is common.
  • a driving method by open loop control that does not feed back the position of the step motor is common.
  • problems such as missed-step in which the rotation angle of the motor deviates from the target, vibration of the motor, and difficulty in achieving high speed rotation.
  • step motors are a stepping-up step in which the flow of current through the stator coils changes when an abnormality occurs in the rotation of the rotor. In order to initialize the position of the stepper motor, it is necessary to detect the step out of the stepper motor.
  • step motors have been applied to satellite antennas mounted on marine vessels and the like.
  • a stepper motor is used to drive a reflector.
  • the step motor In the case of satellite antenna, when the step motor is detected, the driving of the reflector is stopped and the satellite antenna is initialized from the point. In order to initialize the satellite antenna, the step motor is forcibly removed for a predetermined time. In other words, when the satellite antenna is turned off and then on again, there is a problem that the initial position of the antenna is unknown. When the position of the antenna is initialized at the time point), the position of the antenna can be easily known by counting the pulses of the step motor after the initialization.
  • the step motor must be unconditionally forced out of step, which causes a problem that the vibration of the motor occurs and the life of the motor is shortened.
  • the initial position of the antenna may be shifted due to the vibration of the motor generated during the step out.
  • the present applicant has proposed a step motor forgery detection technology that can reduce the initialization time and increase the motor life in order to solve the problem as described above, and as a reference related to the prior art, Korean Patent Publication No. 10-1999- 0051570, there is a stepping motor forgery detection device and method.
  • the present invention has been proposed to solve the above problems, and provides a step motor step-out detection system and method that can reduce the time required for initialization of the step motor.
  • the present invention provides a step motor step detection system and method that can increase the life of the step motor, improve durability and reduce noise caused by vibration.
  • the present invention provides a step motor step detection system and method that can improve the position accuracy of the step motor in performing the position initialization of the step motor.
  • a step motor forgery detection system including: a winding current detector configured to detect a stator winding current signal of a stepper motor; The voltage converter converting the current signal detected by the winding current detector into a voltage signal; A differential amplifier for amplifying the magnitude of the voltage signal converted by the voltage converter; A differential unit for differentiating the voltage signal amplified by the differential amplifier; And a comparing unit comparing the voltage signal from the differential unit with a reference voltage of the differential amplifier unit to determine whether or not an outage occurs.
  • the derivative unit converts the sine wave voltage signal from the differential amplifier unit into a square wave voltage signal.
  • the comparator may detect whether the square wave voltage signal has a pulse interval change or a frequency change.
  • the voltage converter may convert the winding current signal into a voltage signal using a shunt resistor.
  • the derivative may detect whether the signal measured by the differential amplifier suddenly changes.
  • the derivative may convert a sinusoidal voltage signal from the differential amplifier into a cosine waveform voltage signal and detect whether or not there is a change in slope at an inflection point of the voltage signal.
  • a forging decision unit for detecting whether the step motor is out of step by detecting whether there is a change in the slope of the voltage signal from the comparing unit or a change in the pulse interval of the square wave voltage signal, and the forging unit determines the sine wave voltage signal.
  • the demodulation determining unit may determine that the demodulation is performed when the gradient change of the sine wave voltage signal or the pulse interval change of the square wave voltage signal occurs continuously or repeatedly for a predetermined time.
  • the demodulation determining unit may determine whether the module is out of phase by using an average value of a change in the slope of the sine wave voltage signal or a change in the pulse interval of the square wave voltage signal.
  • the comparator may determine whether a step out occurs according to whether a voltage signal output from the differential part is greater than or less than a reference voltage of the differential amplifier at a point where the sign of the output value of the differential part changes.
  • the present invention provides a step motor step detection method using the above system, the step of detecting the winding current signal of the step motor; Converting the current signal into a voltage signal; Amplifying the voltage signal; Differentiating the amplified voltage signal; Detecting whether the slope of the voltage signal changes; And determining whether the step motor is out of step; wherein in the step of differentiating the voltage signal, the sinusoidal voltage signal is converted into a square wave voltage signal, and in the step of detecting whether the slope of the voltage signal is changed, the sinusoidal voltage
  • a step motor forging detection method which detects a change in slope of a signal or a change in pulse interval of the square wave voltage signal.
  • step of differentiating the voltage signal it is possible to inform the time when the slope of the sinusoidal voltage signal changes.
  • step of determining whether the step motor is out of step it may be determined that the step motor is out of step when a change in the slope of the voltage signal or a change in the pulse interval of the square wave voltage signal occurs continuously or repeatedly for a predetermined time.
  • the step motor step-out detection system and method according to the present invention can determine whether the motor step out from the waveform of the winding current of the step motor can reduce the time required for the initialization of the step motor.
  • the driving of the motor is stopped immediately, thereby increasing the life of the motor and improving durability.
  • the present invention does not require a process of forcibly generating the motor for the initialization, it is possible to reduce the noise due to the vibration generated when the motor is removed.
  • the present invention it is possible to increase the accuracy of the step-out decision because it determines whether the step-out occurs from the waveform of the current signal or the voltage signal of the stepper motor.
  • the present invention can improve the position accuracy of the step motor in performing the position initialization of the step motor.
  • FIG. 1 is a block diagram schematically illustrating a configuration of a step motor driving system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a block diagram schematically illustrating a configuration of a step motor stop detection system according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram schematically illustrating a circuit configuration of a step motor stop detection system according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • 4 to 8 are diagrams showing signal waveforms output from a tampering detection system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a flowchart illustrating a stepper motor stop detection method according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a block diagram schematically showing the configuration of a step motor driving system according to an embodiment of the present invention
  • Figure 2 is a block diagram schematically showing the configuration of a step motor departure detection system according to an embodiment of the present invention
  • 3 is a diagram schematically illustrating a circuit configuration of a step motor stop detection system according to an embodiment of the present invention
  • FIGS. 4 to 8 are diagrams illustrating signal waveforms output from a stop detection system according to an embodiment of the present invention.
  • 9 is a flowchart illustrating a stepper motor stop detection method according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the microcontroller 1 applies a pulse series and a direction signal to the excitation sequence generator 3.
  • the excitation sequence generator 3 receiving the pulse train and the direction signal applies the driving signal of each phase to the current driver 2.
  • the current driver 2 drives the step motor 1 by micro step driving.
  • step motor step-out detection system 100 is connected between the step motor 1 and the current driver 2 to detect and determine whether step-out occurs in the step motor 1. do.
  • the step motor forgery detection system 100 includes a winding current detector 110 for detecting a stator winding current signal of the step motor 1, and the winding current.
  • the voltage converter 120 converts the current signal detected by the detector 110 into a voltage signal
  • the differential amplifier 130 amplifies the magnitude of the voltage signal converted by the voltage converter 120, and the differential amplifier.
  • a differential unit 140 for detecting whether the voltage signal amplified by the unit 130 is changed and a comparator 150 for determining whether a step-off has occurred by comparing the voltage signal from the differential unit 140 with a reference value. It may include.
  • Figure 3 is a schematic diagram showing a circuit diagram of the step motor stop detection system 100 according to an embodiment of the present invention.
  • the circuit diagram shown in FIG. 3 is applied to a step motor operated by a two-phase excitation method.
  • the circuit diagram above is a circuit diagram of phase A and the circuit diagram below is a circuit diagram of phase B.
  • the schematic diagram of the configuration is the same. Therefore, for the convenience of description, the circuit diagram of the phase A will be exemplarily described.
  • the portion indicated by reference numeral "160" is a level shifter.
  • the differential unit 140 converts a sinusoidal voltage signal from the differential amplifier 130 into a square wave to detect whether the slope of the voltage signal is changed, and uses the same to decouple the step motor 1. It can be determined whether a jaw has occurred.
  • the step motor forgery detection system 100 detects whether or not forgery from the waveform of the current detected in the winding coil of the step motor 1 to determine whether the motor is out of step more accurately and quickly In the case where it is determined that the engine is out of step, damage to the motor or the structure driven by the motor can be prevented by immediately stopping the operation of the motor.
  • the winding current detector 110 preferably detects a current coming from the stator winding coil of the step motor 1.
  • an abnormality occurs in the rotation of the rotor of the step motor 1
  • the flow of current flowing in the winding coil of the stator is changed. In order to detect such a change, the current of the winding coil is detected.
  • the step motor 1 generates a lot of vibration in the low speed region, and when driven in the resonant region, it is easy to cause outage, so in order to prevent the micro step driving (micro step driving) driving in a fine step, It is preferable to use.
  • Micro step driving is a control method that can drive the current of each phase of the step motor in a sine wave form to drive at a fine angle.
  • step-out detection system 100 it is determined whether the step-out is detected by detecting a current according to the micro step driving.
  • the voltage converter 120 may convert the winding current signal into a voltage signal using a shunt resistor.
  • the step-out detection system 100 includes a differential amplifier 130 (differential amplifier) to amplify the magnitude of the voltage signal converted by the voltage converter 120.
  • the differential amplifier 130 amplifies the voltage signal based on a predetermined reference voltage.
  • the amplified voltage signal is input to the derivative unit 140.
  • the differential unit 140 may differentiate the voltage signal to detect whether the voltage signal changes.
  • the current waveform flowing in each phase appears in the form of a sine wave.
  • the differential value of the sine wave is expressed in the form of a cosine wave.
  • the point at which the two phases change sign indicates the inflection point of the current flow. Therefore, at the point where the sign of the differential value is changed, it is compared with the reference voltage, and it can be determined whether or not a step out has occurred.
  • sine wave and cosine wave can be referred to as sinusoidal wave.
  • the derivative 140 may detect a change in the slope of the sinusoidal voltage signal from the differential amplifier 130. That is, the differential unit 140 may convert a sinusoidal voltage signal from the differential amplifier 130 into a cosine waveform voltage signal and detect whether or not the slope of the voltage signal is changed at an inflection point. In other words, the differential unit 140 may detect whether the signal measured by the differential amplifier 130 is suddenly changed.
  • the derivative unit 140 may generate a square wave type voltage signal by differentiating a sine wave or sinusoidal voltage signal.
  • the step motor 1 When the step motor 1 generates a step out, the slope changes in the waveform of the sine wave or sinusoidal voltage signal, and the pulse interval occurs in the waveform of the square wave voltage signal.
  • the differential unit 140 may detect whether the pulse interval of the converted square wave voltage signal is changed.
  • the step-out detection system 100 may determine whether the step motor is out of step from the change of the slope of the sine wave voltage signal or the change of the pulse interval of the square wave voltage signal.
  • the voltage signal used to determine whether the motor is out of phase is a voltage signal from the comparator 150.
  • the voltage signal from the comparator 150 has the same waveform characteristics as the signal from the derivative 140. That is, whether the slope of the sinusoidal voltage signal changes or the pulse interval of the square wave voltage signal is the same in the signal passing through the differential unit 140 or the signal passing through the comparator 150.
  • the comparator 150 compares the voltage signal output from the differential unit 140 with a reference voltage from the differential amplifier 130 to detect a signal. For example, the comparator 150 may determine that the signal is not a signal when the voltage signal output from the differential unit 140 is less than or equal to the operating point, and may determine that the signal is only a signal greater than or equal to the operating point. Only when it is determined as a signal by the comparator 150 may be used to determine the forgery.
  • the comparison unit 150 determines whether or not the voltage signal measured at the point where the sign of the voltage signal output from the differential unit 140 is changed is larger or smaller than the threshold voltage in the differential amplifier 130. It is possible to determine whether or not step out of the step motor 1 occurs.
  • the comparator 150 may monitor the frequency of the voltage signal from the derivative 140 and detect whether the frequency changes.
  • the step motor forgery detection system 100 detects whether there is a change in the slope of the sinusoidal voltage signal from the comparator 150 or the pulse interval of the square wave voltage signal to change the step It may further include a forging determination unit 170 for determining whether or not the motor (1) out of the.
  • the forgery determination unit 170 may determine that forgery occurs in the step motor 1 when a change in the slope of the sine wave voltage signal or a change in the pulse interval of the square wave voltage signal occurs.
  • a separate step-out determination unit 170 is omitted and the comparator 150 detects whether there is a change in the slope of the sinusoidal voltage signal, a change in the pulse interval of the square wave voltage signal, or a frequency change. It is also possible to determine whether the step motor 1 is out of step.
  • the evacuation determination unit 170 is provided.
  • the out-of-order determining unit 170 may determine the out-of-order when a slope change of the sine wave voltage signal or a pulse interval change of the square wave voltage signal occurs continuously or repeatedly for a predetermined time. If it is determined that stepping occurs in the stepper motor even when the slope change of the sinusoidal voltage signal occurs only once, or that stepping occurs in the stepper motor even when the pulse interval change of the square wave voltage signal occurs only once, the stepping decision result is determined. It may be inaccurate. Therefore, in the step motor step-out detection system 100 according to an embodiment of the present invention, the step motor is limited to the case where the gradient change of the sinusoidal voltage signal or the pulse interval change of the square wave voltage signal is repeatedly detected or repeated for a predetermined time. By judging that step out has occurred in (1), the accuracy of the step out decision can be improved.
  • the out-of-step determining unit 170 determines that the step motor 1 is out of step and the step motor ( The driving of 1) can be stopped.
  • the step motor specification and the required outage whether it is determined to be outage when the change in the slope of the sinusoidal voltage signal or the change in the pulse interval of the square wave voltage signal is detected or when it is detected for some time. It may be determined in consideration of the accuracy of the determination, the technical field in which the stepper motor is used, and the like.
  • the forgery determination unit 170 may determine whether the forgery is performed using an average value of a change in the slope of the sine wave voltage signal or a change in the pulse interval of the square wave voltage signal generated for a predetermined time. For example, when the slope change of the sinusoidal voltage signal or the pulse interval change of the square wave voltage signal occurs five times consecutively for a predetermined time, the slope change of the five sinusoidal voltage signal or the pulse interval change of the square wave voltage signal occurs. The average may be obtained and it may be determined from the average whether or not step out has occurred in the stepper motor.
  • the step motor forgery detection system 100 analyzes the waveform of the voltage signal obtained from the stator winding to determine whether or not to step out and drives the step motor in real time while driving the step motor. It can detect and stop the stepper motor as soon as a step out is detected.
  • FIG. 4 is a graph showing a waveform of a voltage signal input to the differential amplifier 130. Looking at the signal waveform S2 at the bottom of FIG. 4, it can be seen that the waveform is sinusoidal.
  • the voltage signal waveform amplified by the differential amplifier 130 is a graph S3 shown in the uppermost part of FIG. 5. Referring to this, it can be seen that it is also a sinusoidal waveform.
  • a sinusoidal or sinusoidal voltage signal waveform amplified by the differential amplifier 130 is converted into a pulse wave or a square wave while passing through the derivative 140, and is shown in the center of FIG. 5.
  • the waveform S4 which is present is the waveform of the signal differentiated by the derivative unit 140.
  • the waveform S5 shown at the bottom of FIG. 5 is a waveform of the voltage signal from the comparator 150. It can be seen that the overall shape of the waveform from the derivative 140 and the waveform from the comparator 150 are similar.
  • the outage occurred in the circled portion in the voltage signal waveform shown in FIG. First of all, if you look at the waveform at the top, you can see that the waveform of the circled part is different from the waveform of the other part, because the slope of the waveform is changed in the circled part, which is caused by the step motor. Also, in the waveforms in the center and the bottom of FIG. 5, the circled portions are different from the pulse intervals. That is, in the case of the center waveform, the waveform in which the first and second circles are displayed on the left has a larger pulse interval than the other portion, and the waveform in which the third circle is displayed on the left is smaller than the other portions. Similarly, the waveform from the comparison unit 150 shown at the bottom of FIG. 5 shows that the first and second circles are marked with a larger pulse interval than the other portions, and the third circle is indicated by a pulse interval. It can be seen that a small thing appears.
  • Step motor forgery detection system 100 monitors the waveform from the comparator 150, and if a change in the pulse interval is found in the forgery determination unit 170 to determine whether there is a forgery, outage occurs Not only can it be monitored in real time, it can be determined quickly and accurately.
  • FIG. 6 shows another example of a square wave-shaped voltage signal when a step out has occurred, and it can be seen that the pulse intervals are remarkably changed in the circle display.
  • FIG. 7 is a voltage signal waveform in the form of a sine wave or a sinusoidal wave entering the differential unit 140
  • FIG. 8 is a voltage signal waveform in the form of a square wave from the derivative unit 140.
  • the change in the slope of the sine wave signal is not clearly seen in the waveform of FIG. 7, it can be seen that the change in the pulse interval is relatively well shown in the square wave signal of FIG.
  • the stepper since the shape of the square wave voltage signal passing through the differential unit 140 or the comparator 150 is monitored to determine whether or not the stepper occurs, the stepper is more accurately generated. It can be determined.
  • the present invention in the step motor step-out detection method using the step motor step-out detection system 100, the winding current signal of the step motor 1 Detecting (1100), converting the current signal into a voltage signal (1200), amplifying the voltage signal (1300), differentiating the amplified voltage signal (1400), slope of the voltage signal
  • a step motor step out detection method may include providing a step 1500 of detecting a change and a step 1600 of determining whether the step motor 1 is out of step.
  • the sinusoidal voltage signal is converted into a square wave voltage signal by the derivative unit 140, and in the step (1500) of detecting whether the slope of the voltage signal changes, the sinusoidal voltage signal Detect the change in the slope of the square wave or the change in the pulse interval of the voltage signal can determine whether the forgery.
  • step 1500 whether the slope of the voltage signal is changed may be detected whether or not the pulse interval of the square wave voltage signal is changed. If the gradient change or the pulse interval change is detected in the step (1500) of detecting the change in the slope of the voltage signal, it is determined whether the motor is out of the step-up determining unit 170 (1600), if the change is not detected from the current detection
  • the differentiating step may be performed repeatedly.
  • the comparator 150 may be used to inform the time when the slope of the sinusoidal voltage signal changes. In addition, it is possible to inform the time point when the pulse interval is changed.
  • the forgery determination unit 170 performs an operation for the forgery determination.
  • step 1600 of determining whether the step motor is out of step when a change in the slope of the voltage signal or a change in the pulse interval of the square wave voltage signal occurs continuously or repeatedly for a predetermined time using the out-of-step determining unit 170. It is determined that outgassing has occurred in the step motor 1.
  • step motor 1 When it is determined that out-of-step has occurred in the step motor 1, the step motor 1 is stopped (1700).
  • the step motor step-out detection system and method according to the present invention can determine whether the step out is relatively simple and fast because it determines whether the step out of the waveform of the stator winding current or voltage of the motor.
  • step motor is applied to the satellite antenna
  • the step motor is detected by applying the system and method according to the present invention when performing the initialization operation of the satellite antenna, the step motor is stopped immediately and the antenna is initialized from that point. This reduces the time required for initialization and has the advantage of performing the correct initialization.
  • the present invention can be used for satellite tracking antenna mounted on a moving object such as a vehicle, train, ship.

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 스텝 모터 탈조 감지 시스템은, 스텝 모터의 고정자 권선 전류신호를 검출하는 권선전류 검출부; 상기 권선전류 검출부에서 검출된 전류신호를 전압신호로 변환하는 상기 전압변환부; 상기 전압변환부에서 변환된 전압신호의 크기를 증폭시키는 차동증폭부; 상기 차동증폭부에서 증폭된 전압신호를 미분하는 미분부; 및 상기 미분부에서 나온 전압신호를 상기 차동증폭부의 기준전압과 비교하여 탈조 발생 여부를 판단하는 비교부;를 포함하며, 상기 미분부는 상기 차동증폭부에서 나온 정현파 전압신호를 구형파 전압신호로 변환하고, 상기 비교부는 상기 구형파 전압신호의 펄스 간격 변화 여부 또는 주파수의 변화 여부를 감지할 수 있다.

Description

스텝 모터 탈조 감지 시스템 및 방법
본 발명은 스텝 모터 탈조 감지 시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 스텝 모터의 초기화 시간을 줄이고 모터 수명을 연장할 수 있는 스텝 모터 탈조 감지 시스템 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 스텝 모터(step motor) 또는 스테핑 모터(stepping motor)는 입력 펄스에 맞추어 일정한 각도 단위로 회전하므로 펄스 모터라고도 하는데, 일정 각도로 회전하므로 위치정보를 궤환시키지 않고 현재의 위치정보를 알 수 있다. 그러므로 스텝 모터는 여러 가지 분야에 사용할 수 있다.
또한, 스텝 모터는 소형, 고토크, 고수명이라는 장점이 있으며 스텝 모터의 위치를 피드백 하지 않는 개방 루프(open loop) 제어에 의한 구동 방법이 일반적이다. 그러나, 이 개방 루프 제어에 의한 구동에서는 모터의 회전각도가 목표로부터 벗어나는 탈조(missing-step), 모터의 진동, 고속회전의 달성이 곤란한 등의 문제가 있다.
특히, 스텝 모터(또는 "스테핑 모터"라고도 함)는 회전자(rotor)의 회전에 이상이 발생하게 되면 고정자(stator)의 권선(coils)에 흐르는 전류의 흐름이 바뀌는 현상을 탈조(missing-step)라고 하는데, 스텝 모터의 위치 초기화를 하기 위해서는 스텝 모터의 탈조를 감지하는 것이 필요하다.
최근 들어서 해상 선박 등에 탑재되는 위성안테나에도 스텝 모터가 적용되고 있다. 선박용 위성안테나의 경우에는 반사판 등의 구동을 위해서 스텝 모터가 사용된다.
위성안테나의 경우 스텝 모터의 탈조가 감지되면 반사판 등의 구동을 멈추고 그 지점부터 위성안테나를 초기화하게 되는데, 위성안테나를 초기화하기 위해서 스텝 모터를 일정 시간 동안 강제적으로 탈조시키는 방법을 사용하고 있다. 즉, 위성안테나의 전원을 오프(OFF)한 후 다시 온(ON)하게 되면 안테나의 초기 위치를 알 수 없다는 문제가 있는데, 이를 해결하기 위해서 스텝 모터를 일정 시간 동안 강제 탈조시키고 탈조가 일어난 지점(시점)에 안테나의 위치 초기화를 수행하면, 초기화 이후 스텝 모터의 펄스를 카운트함으로써 안테나의 위치를 쉽게 알 수 있다.
그러나, 이러한 종래의 초기화 방법의 경우에는 무조건 스텝 모터를 강제로 탈조시켜야 하는데, 탈조로 인해 모터의 진동이 발생하고 모터의 수명이 단축되는 문제가 있다. 또한, 탈조시 발생하는 모터의 진동으로 인해 안테나의 초기 위치가 어긋날 수도 있다. 뿐만 아니라 탈조 시간 동안 초기화가 지연되거나 초기화가 빨리 이루어지지 못하는 문제도 있다.
따라서, 본 출원인은, 상기와 같이 문제를 해결하기 위해서 초기화 시간을 줄이고 모터 수명을 늘일 수 있는 스텝 모터 탈조 감지 기술을 제안하게 되었으며, 종래기술과 관련된 참고문헌으로는 한국공개특허 제10-1999-0051570호의 '스텝핑 모터 탈조 감지 장치 및 방법'이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 스텝 모터의 초기화 소요시간을 줄일 수 있는 스텝 모터 탈조 감지 시스템 및 방법을 제공한다.
본 발명은 스텝 모터의 수명을 늘이고 내구성을 향상시키며 진동으로 인한 소음을 줄일 수 있는 스텝 모터 탈조 감지 시스템 및 방법을 제공한다.
본 발명은 스텝 모터의 위치 초기화를 수행함에 있어서 스텝 모터의 위치 정확도를 향상시킬 수 있는 스텝 모터 탈조 감지 시스템 및 방법을 제공한다.
상기한 바와 같은 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 스텝 모터 탈조 감지 시스템은, 스텝 모터의 고정자 권선 전류신호를 검출하는 권선전류 검출부; 상기 권선전류 검출부에서 검출된 전류신호를 전압신호로 변환하는 상기 전압변환부; 상기 전압변환부에서 변환된 전압신호의 크기를 증폭시키는 차동증폭부; 상기 차동증폭부에서 증폭된 전압신호를 미분하는 미분부; 및 상기 미분부에서 나온 전압신호를 상기 차동증폭부의 기준전압과 비교하여 탈조 발생 여부를 판단하는 비교부;를 포함하며, 상기 미분부는 상기 차동증폭부에서 나온 정현파 전압신호를 구형파 전압신호로 변환하고, 상기 비교부는 상기 구형파 전압신호의 펄스 간격 변화 여부 또는 주파수의 변화 여부를 감지할 수 있다.
상기 전압변환부는 션트 저항기를 이용하여 권선 전류신호를 전압신호로 변환할 수 있다.
상기 미분부는 상기 차동증폭부에서 측정된 신호의 급격한 변화 여부를 감지할 수 있다.
상기 미분부는 상기 차동증폭부에서 나온 사인파형의 전압신호를 코사인파형의 전압신호로 변환하고, 전압신호의 변곡점에서의 기울기 변화 여부를 감지할 수 있다.
상기 비교부에서 나온 전압신호의 기울기에 변화가 있는지 또는 구형파 전압신호의 펄스 간격에 변화가 있는지를 감지하여 스텝 모터의 탈조 여부를 판단하는 탈조판단부를 더 포함하며, 상기 탈조판단부는 상기 정현파 전압신호의 기울기 변화 또는 상기 구형파 전압신호의 펄스 간격 변화가 발생하는 경우에 탈조가 발생한 것으로 판단할 수 있다.
상기 탈조판단부는 소정 시간 동안 상기 정현파 전압신호의 기울기 변화 또는 상기 구형파 전압신호의 펄스 간격 변화가 연속적 또는 반복적으로 발생하는 경우에 탈조로 판단할 수 있다.
상기 탈조판단부는 소정 시간 동안 발생한 상기 정현파 전압신호의 기울기 변화 또는 상기 구형파 전압신호의 펄스 간격 변화의 평균값을 이용하여 탈조 여부를 판단할 수 있다.
상기 비교부는 상기 미분부의 출력값의 부호가 바뀌는 지점에서 상기 미분부에서 출력된 전압신호가 상기 차동증폭부에서의 기준전압 보다 큰지 작은지 여부에 따라 탈조 발생 여부를 판단할 수 있다.
한편, 발명의 다른 분야에 의하면, 본 발명은 상기한 시스템을 이용한 스텝 모터 탈조 감지 방법에 있어서, 상기 스텝 모터의 권선 전류신호를 검출하는 단계; 상기 전류신호를 전압신호로 변환하는 단계; 상기 전압신호를 증폭하는 단계; 상기 증폭된 전압신호를 미분하는 단계; 상기 전압신호의 기울기 변화 여부를 감지하는 단계; 및 상기 스텝 모터의 탈조 여부를 판단하는 단계;를 포함하고, 상기 전압신호를 미분하는 단계에서는 정현파 전압신호가 구형파 전압신호로 변환되며, 상기 전압신호의 기울기 변화 여부를 감지하는 단계에서는 상기 정현파 전압신호의 기울기 변화를 감지하거나 상기 구형파 전압신호의 펄스 간격 변화를 감지하는 것을 특징으로 하는 스텝 모터 탈조 감지 방법을 제공할 수 있다.
상기 전압신호를 미분하는 단계에서는 상기 정현파 전압신호의 기울기가 변하는 시점을 알려줄 수 있다.
상기 스텝 모터의 탈조 여부를 판단하는 단계에서는 소정 시간 동안 상기 전압신호의 기울기 변화 또는 상기 구형파 전압신호의 펄스 간격 변화가 연속적 또는 반복적으로 발생하는 경우에 스텝 모터에 탈조가 발생한 것으로 판단할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 스텝 모터 탈조 감지 시스템 및 방법은 스텝 모터의 권선전류의 파형으로부터 모터 탈조 여부를 판단할 수 있기 때문에 스텝 모터의 초기화에 소요되는 시간을 줄일 수 있다.
본 발명은 스텝 모터의 탈조가 발생했다고 판단되면 그 즉시 모터의 구동을 멈추기 때문에 모터의 수명을 늘이고 내구성을 향상시킬 수 있다.
본 발명은 초기화를 위해서 모터 탈조를 강제로 발생시키는 과정이 필요 없기 때문에 모터의 탈조시 발생하는 진동으로 인한 소음을 줄일 수 있다.
본 발명은 스텝 모터의 전류 신호 또는 전압 신호의 파형으로부터 탈조 여부를 판단하기 때문에 탈조 판단의 정확성을 높일 수 있다.
본 발명은 스텝 모터의 위치 초기화를 수행함에 있어서 스텝 모터의 위치 정확도를 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스텝 모터 구동 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스텝 모터 탈조 감지 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 스텝 모터 탈조 감지 시스템의 회로 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4 내지 도 8은 본 발명은 일 실시예에 따른 탈조 감지 시스템에서 출력되는 신호 파형을 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 스텝 모터 탈조 감지 방법을 도시한 순서도이다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스텝 모터 구동 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 블록도, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스텝 모터 탈조 감지 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 블록도, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 스텝 모터 탈조 감지 시스템의 회로 구성을 개략적으로 도시한 도면, 도 4 내지 도 8은 본 발명은 일 실시예에 따른 탈조 감지 시스템에서 출력되는 신호 파형을 나타내는 도면, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 스텝 모터 탈조 감지 방법을 도시한 순서도이다.
도 1에는 본 발명에 따른 스텝 모터 구동 시스템이 도시되어 있다. 마이크로 컨트롤러(1)는 여자시퀀스 발생부(3)에 펄스 열(pulse series)과 방향신호를 인가한다. 펄스 열과 방향신호를 인가받은 여자시퀀스 발생부(3)는 전류 구동부(2)에 각 상의 구동신호를 인가하게 된다. 전류구동부(2)는 마이크로 스텝 구동에 의해서 스텝 모터(1)를 구동하게 된다.
여기서, 본 발명의 일 실시예에 따른 스텝 모터 탈조 감지 시스템(100)은 스텝 모터(1)와 전류 구동부(2) 사이에 연결되어 스텝 모터(1)에 탈조가 발생하는지 여부를 감지하고 판단하게 된다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 스텝 모터 탈조 감지 시스템(100)은, 스텝 모터(1)의 고정자 권선 전류신호를 검출하는 권선전류 검출부(110), 상기 권선전류 검출부(110)에서 검출된 전류신호를 전압신호로 변환하는 상기 전압변환부(120), 상기 전압변환부(120)에서 변환된 전압신호의 크기를 증폭시키는 차동증폭부(130), 상기 차동증폭부(130)에서 증폭된 전압신호의 변화 여부를 감지하는 미분부(140) 및 상기 미분부(140)에서 나온 전압신호를 기준값과 비교하여 탈조 발생 여부를 판단하는 비교부(Comparator, 150)를 포함할 수 있다.
한편, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 스텝 모터 탈조 감지 시스템(100)의 회로도를 개략적으로 도시한 도면이다. 도 3에 도시된 회로도는 2상 여자방식에 의해서 작동하는 스텝 모터에 적용되는 것으로서, 위쪽의 회로도는 위상 A(phase A)의 회로도이고 아래쪽의 회로도는 위상 B(phase B)의 회로도인데, 양자의 회로도 구성은 동일하다. 따라서 설명의 편의를 위해서 위상 A에 대한 회로도 구성을 예시적으로 설명한다. 도 3에서 도면부호 "160"으로 표시된 부분은 레벨 쉬프터(Level Shifter)이다.
여기서, 상기 미분부(140)는 상기 차동증폭부(130)에서 나온 정현파(sinusoidal) 전압신호를 구형파로 변환하여 상기 전압신호의 기울기 변화 여부를 감지하고, 이를 이용하여 스텝 모터(1)에 탈조가 발생했는지 여부를 판단할 수 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 스텝 모터 탈조 감지 시스템(100)은 스텝 모터(1)의 권선 코일에서 검출되는 전류의 파형으로부터 탈조 여부를 감지하기 때문에 보다 정확하고 빠르게 모터의 탈조 여부를 판단하고, 탈조라고 판단된 경우에는 그 즉시 모터의 작동을 정지함으로써 모터 또는 모터에 의해 구동되는 구조물의 손상 등을 방지할 수 있다.
권선전류검출부(110)는 스텝 모터(1)의 고정자 권선 코일에서 나오는 전류를 검출하는 것이 바람직하다. 스텝 모터(1)의 회전자의 회전에 이상이 발생하게 되면 고정자의 권선 코일에 흐르는 전류의 흐름이 바뀌게 되는데, 이러한 변화를 감지하기 위해서 권선 코일의 전류를 검출하게 된다.
앞서 설명한 바와 같이, 스텝 모터(1)는 저속 영역에서 많은 진동을 발생시키고, 공진 영역에서 구동될 때에는 탈조가 발생하기 쉽기 때문에 이를 방지하기 위해서 미세 스텝으로 구동하는 마이크로 스텝 구동(micro step driving)을 이용하는 것이 바람직하다. 마이크로 스텝 구동은 스텝 모터의 각 상(phase)의 전류를 사인파(sine wave) 형태로 제어하여 미세한 각도로 구동할 수 있는 제어 방식이다.
본 발명에 따른 탈조 감지 시스템(100)에서도 마이크로 스텝 구동에 따른 전류를 검출하여 탈조 여부를 판단하게 된다.
상기 전압변환부(120)는 션트 저항기(shunt resistor)를 이용하여 권선 전류신호를 전압신호로 변환할 수 있다. 이 때, 전류신호가 전압신호로 변환되면 상대적으로 낮거나 작은 전압신호가 검출되는데, 작은 신호의 경우 후술하는 미분부(140)에서 신호의 기울기 변화 여부를 정확하게 판별하지 못할 수도 있다. 따라서, 본 발명에 따른 탈조 검지 시스템(100)은 차동증폭부(130, Differential Amplifier)를 구비하여 상기 전압변환부(120)에서 변환된 전압신호의 크기를 증폭시키게 된다. 차동증폭부(130)에서는 소정의 기준전압을 기준으로 하여 전압신호를 증폭하게 된다.
증폭된 전압신호는 미분부(140)로 입력되는데, 미분부(140, Differentiator)는 전압신호를 미분하여 전압신호의 변화 여부를 감지할 수 있다.
상기한 바와 같이, 마이크로 스텝 구동으로 스텝 모터(1)를 구동하게 되면 각 상에 흐르는 전류 파형은 사인파(sine wave) 형태로 나타나게 된다. 사인파의 차분(미분)값은 코사인파(cosine wave)의 형태로 나타나게 된다. 두 상의 부호가 바뀌는 지점은 전류 흐름의 변곡점을 나타내게 된다. 그래서 차분(미분)값의 부호가 바뀌는 지점에서 기준 전압과 비교하고 큰지 작은지를 판단하여 탈조가 발생했는지를 판단할 수 있다. 여기서, 사인파와 코사인파는 모두 정현파(sinusoidal wave)라고 할 수 있다.
상기 미분부(140)는 상기 차동증폭부(130)에서 나온 정현파 전압신호의 기울기 변화를 감지할 수 있다. 즉, 상기 미분부(140)는 상기 차동증폭부(130)에서 나온 사인파형의 전압신호를 코사인파형의 전압신호로 변환하고, 전압신호의 변곡점에서의 기울기 변화 여부를 감지할 수 있다. 다시 말하면, 미분부(140)는 차동증폭부(130)에서 측정된 신호가 급격히 변화하는지 여부를 감지할 수 있다.
미분부(140)에서는 사인파 또는 정현파 형태의 전압신호를 미분하여 구형파(square wave) 형태의 전압신호를 생성할 수 있다. 스텝 모터(1)에 탈조가 발생하게 되면 사인파 또는 정현파 형태의 전압신호의 파형에 있어서는 기울기가 변하게 되고, 구형파 형태의 전압신호의 파형에 있어서는 펄스 간격에 변화가 생기게 된다. 여기서, 상기 미분부(140)는 변환된 상기 구형파 전압신호의 펄스 간격의 변화 여부를 감지할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 탈조 감지 시스템(100)은 정현파 전압신호의 기울기 변화 여부 또는 구형파 전압신호의 펄스 간격 변화 여부로부터 스텝 모터의 탈조 여부를 판별해 낼 수 있다.
실질적으로 모터의 탈조 여부 판단에 이용되는 전압신호는 비교부(150)에서 나온 전압신호이다. 비교부(150)에서 나온 전압신호는 미분부(140)에서 나온 신호와 동일한 파형 특성을 가진다. 즉, 정현파 전압신호의 기울기 변화 여부 또는 구형파 전압신호의 펄스 간격 변화 여부는 미분부(140)를 통과한 신호나 비교부(150)를 통과한 신호에서 동일하다.
비교부(150)는 미분부(140)에서 출력된 전압신호와 차동증폭부(130)에서의 기준전압을 비교하여 신호를 검출하는 부분이다. 예를 들면, 비교부(150)는 미분부(140)에서 출력된 전압신호가 동작점 이하인 경우에는 신호가 아니라고 판단하고 동작점 이상인 경우에만 신호라고 판단할 수 있다. 비교부(150)에서 신호로 판단된 경우에 한하여 탈조 판단에 이용될 수 있다.
또한, 비교부(150)는 미분부(140)에서 출력되는 전압신호의 부호가 바뀌는 지점에서 측정된 전압신호가 차동증폭부(130)에서의 기준전압(threshold) 보다 큰지 작은지 여부를 판별하고 스텝 모터(1)의 탈조 발생 여부를 판단할 수 있다.
뿐만 아니라, 비교부(150)는 미분부(140)에서 나온 전압신호의 주파수를 모니터링 하고 주파수의 변화 여부를 감지할 수도 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 스텝 모터 탈조 감지 시스템(100)은 비교부(150)에서 나온 정현파 전압신호의 기울기에 변화가 있는지 또는 구형파 전압신호의 펄스 간격에 변화가 있는지를 감지하여 스텝 모터(1)의 탈조 여부를 판단하는 탈조판단부(170)를 더 포함할 수 있다.
상기 탈조판단부(170)는 상기 정현파 전압신호의 기울기 변화 또는 상기 구형파 전압신호의 펄스 간격 변화가 발생하는 경우에 스텝 모터(1)에 탈조가 발생한 것으로 판단할 수 있다.
다만, 경우에 따라서는 별도 탈조판단부(170)를 생략하고 비교부(150)에서 정현파 전압신호의 기울기에 변화가 있는지 또는 구형파 전압신호의 펄스 간격에 변화가 있는지 또는 주파수 변화가 있는지를 감지하여 스텝 모터(1)의 탈조 여부를 판단할 수도 있다. 이하에서는 탈조판단부(170)가 구비된 경우에 대하여 예시적으로 설명한다.
탈조판단부(170)는 소정 시간 동안 상기 정현파 전압신호의 기울기 변화 또는 상기 구형파 전압신호의 펄스 간격 변화가 연속적 또는 반복적으로 발생하는 경우에 탈조로 판단할 수 있다. 만약, 정현파 전압신호의 기울기 변화가 한 번만 발생한 경우에도 스텝 모터에 탈조가 발생한 것으로 판단하거나, 구형파 전압신호의 펄스 간격 변화가 한 번만 발생한 경우에도 스텝 모터에 탈조가 발생한 것으로 판단한다면 탈조 판단 결과가 부정확해질 수도 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 스텝 모터 탈조 감지 시스템(100)에서는 정현파 전압신호의 기울기 변화 또는 구형파 전압신호의 펄스 간격 변화가 수 차례 반복적으로 검출되거나 일정한 시간 동안 반복되는 경우에 한하여 스텝 모터(1)에 탈조가 발생한 것으로 판단함으로써 탈조 판단의 정확성을 향상시킬 수 있다.
예를 들면, 탈조판단부(170)에서는 정현파 전압신호의 기울기 변화 또는 구형파 전압신호의 펄스 간격 변화가 일정 시간 동안 5차례 연속하여 발생하면 스텝 모터(1)에 탈조가 발생한 것으로 판단하고 스텝 모터(1)의 구동을 정지시킬 수 있다. 여기서, 정현파 전압신호의 기울기 변화 또는 구형파 전압신호의 펄스 간격 변화가 몇 차례 검출되는 경우에 탈조라고 판단하는지, 또는 어느 정도의 시간 동안 검출되었을 때 탈조라고 판단하는지는 스텝 모터의 사양, 요구되는 탈조 판단의 정확도, 스텝 모터가 사용되는 기술 분야 등을 고려하여 결정될 수 있다.
또한, 탈조판단부(170)는 소정 시간 동안 발생한 상기 정현파 전압신호의 기울기 변화 또는 상기 구형파 전압신호의 펄스 간격 변화의 평균값을 이용하여 탈조 여부를 판단할 수 있다. 예를 들면, 일정 시간 동안 정현파 전압신호의 기울기 변화 또는 구형파 전압신호의 펄스 간격 변화가 일정 시간 동안 5차례 연속하여 발생한 경우에 5차례의 정현파 전압신호의 기울기 변화 또는 구형파 전압신호의 펄스 간격 변화의 평균을 구하고 이 평균으로부터 스텝 모터에 탈조가 발생하였는지 판단할 수도 있다.
상기에서 언급한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 스텝 모터 탈조 감지 시스템(100)은 고정자 권선에서 얻은 전압신호의 파형을 분석하여 탈조 여부를 판단하기 때문에 스텝 모터를 구동하면서 실시간으로 탈조를 감지할 수 있고 탈조가 감지되는 즉각적으로 스텝 모터를 정지시킬 수 있다.
이하에서는 전압신호의 파형으로부터 탈조 발생 여부를 어떻게 판단할 수 있는지에 대해서 설명한다.
도 4는 차동증폭부(130)에 입력되는 전압신호의 파형을 보여 주는 그래프이다. 도 4의 아래쪽에 있는 신호 파형(S2)을 보면 사인파 형태를 하고 있음을 알 수 있다.
차동증폭부(130)에서 증폭된 전압신호 파형은 도 5의 가장 위쪽에 도시된 그래프(S3)이다. 이를 참조하면 역시 사인파 형태의 파형임을 알 수 있다.
차동증폭부(130)에서 증폭되어 나온 사인파 또는 정현파 형태의 전압신호 파형은 미분부(140)를 거치면서 펄스파(pulse wave) 또는 구형파(square wave)로 변환되는데, 도 5의 가운데에 도시되어 있는 파형(S4)이 미분부(140)에서 미분된 신호의 파형이다.
도 5의 아래쪽에 도시되어 있는 파형(S5)은 비교부(150)에서 나온 전압신호의 파형이다. 미분부(140)에서 나온 파형과 비교부(150)에서 나온 파형의 전체적인 형태는 유사함을 알 수 있다.
한편, 도 5에 도시된 전압신호 파형에서 동그라미 표시된 부분에서 탈조가 발생한 것을 알 수 있다. 우선 맨 위쪽의 파형을 보면, 동그라미 표시된 부분의 파형이 다른 부분의 파형과 모양이 다름을 알 수 있는데, 동그라미 표시된 부분에서 파형이 기울기가 변했기 때문이고, 이는 스텝 모터에 탈조가 발생했기 때문이다. 또한, 도 5의 가운데와 아래쪽에 있는 파형에서도 동그라미 표시된 부분이 다른 부분과 펄스 간격이 다름을 알 수 있다. 즉, 가운데 파형의 경우 좌측에서 첫 번째와 두 번째 동그라미가 표시된 파형은 다른 부분 보다 펄스 간격이 크고, 좌측에서 세 번째 동그라미가 표시된 파형은 다른 부분 보다 펄스 간격이 작음을 알 수 있다. 마찬가지로, 도 5의 맨 아래에 표시된 비교부(150)에서 나온 파형도 좌측에서 첫 번째와 두 번째 동그라미가 표시된 부분은 다른 부분 보다 펄스 간격이 큰 것이 나타나고, 세 번째 동그라미가 표시된 부분은 펄스 간격이 작은 것이 나타남을 알 수 있다.
스텝 모터(1)에 탈조가 발생하게 되면 정현파 형태의 전압신호에서는 기울기가 변하게 되고, 구형파 형태의 전압신호에서는 펄스 간격이 달라지게 되는데, 이러한 변화를 감지하여 스텝 모터(1)에 탈조가 발생했음을 알 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 스텝 모터 탈조 감지 시스템(100)은 비교부(150)에서 나온 파형을 모니터링 하다가 펄스 간격의 변화가 발견되면 탈조판단부(170)에서 탈조 유무를 판단하므로, 탈조 발생 여부를 실시간으로 모니터링 할 수 있을 뿐만 아니라 신속하고 정확하게 판단할 수 있다.
도 6은 탈조가 발생한 경우에 있어서 구형파 형태의 전압신호를 보여주는 다른 예로서, 동그라미 표시를 보면 펄스 간격이 확연하게 달라진 것을 알 수 있다.
한편, 도 7은 미분부(140)에 들어가는 사인파 또는 정현파 형태의 전압신호 파형이고, 도 8은 미분부(140)에서 나온 구형파 형태의 전압신호 파형이다. 도 7의 파형에는 정현파 신호의 기울기 변화가 명확하게 보이지 않지만, 도 8의 구형파 신호에서는 동그라미 표시 부분과 같이 펄스 간격 변화가 비교적 잘 나타남을 알 수 있다. 이처럼 본 발명의 일 실시예에 따른 스텝 모터 탈조 감지 시스템(100)에서는 미분부(140) 또는 비교부(150)를 통과한 구형파 전압신호의 모양을 모니터링 하여 탈조 여부를 판단하기 때문에 보다 정확하게 탈조 발생 여부를 판단할 수 있다.
한편, 도 9에 도시된 바와 같이 발명의 다른 분야에 의하면, 본 발명은 상기한 스텝 모터 탈조 감지 시스템(100)을 이용한 스텝 모터 탈조 감지 방법에 있어서, 상기 스텝 모터(1)의 권선 전류신호를 검출하는 단계(1100), 상기 전류신호를 전압신호로 변환하는 단계(1200), 상기 전압신호를 증폭하는 단계(1300), 상기 증폭된 전압신호를 미분하는 단계(1400), 상기 전압신호의 기울기 변화 여부를 감지하는 단계(1500) 및 상기 스텝 모터(1)의 탈조 여부를 판단하는 단계(1600)를 포함하는 스텝 모터 탈조 감지 방법을 제공할 수 있다.
여기서, 상기 전압신호를 미분하는 단계(1400)에서는 미분부(140)에 의해서 정현파 전압신호가 구형파 전압신호로 변환되며, 상기 전압신호의 기울기 변화 여부를 감지하는 단계(1500)에서는 상기 정현파 전압신호의 기울기 변화를 감지하거나 상기 구형파 전압신호의 펄스 간격 변화를 감지하여 탈조 여부를 판단할 수 있다.
상기 전압신호의 기울기 변화 여부를 감지하는 단계(1500)에서는 구형파 전압신호의 펄스 간격 변화 여부를 감지할 수도 있다. 상기 전압신호의 기울기 변화 여부를 감지하는 단계(1500)에서 기울기 변화 또는 펄스 간격 변화가 감지되면 탈조판단부(170)에서 모터 탈조 여부를 판단하게 되고(1600), 변화가 감지되지 않으면 전류검출부터 미분하는 단계가 반복적으로 수행될 수 있다.
한편, 상기 전압신호를 미분하는 단계(1400)에서는 비교부(150)를 이용하여 상기 정현파 전압신호의 기울기가 변하는 시점을 알려줄 수 있다. 또한, 펄스 간격이 변하는 시점을 알려 줄 수도 있다. 비교부(150)에서 정현파 전압신호의 기울기가 변하는 시점 또는 구형파 전압신호의 펄스 간격이 변하는 시점을 알려 주면, 탈조판단부(170)에서는 탈조 판단을 위한 작동을 수행하게 된다.
상기 스텝 모터의 탈조 여부를 판단하는 단계(1600)에서는 탈조판단부(170)를 이용하여 소정 시간 동안 상기 전압신호의 기울기 변화 또는 상기 구형파 전압신호의 펄스 간격 변화가 연속적 또는 반복적으로 발생하는 경우에 스텝 모터(1)에 탈조가 발생한 것으로 판단하게 된다.
스텝 모터(1)에 탈조가 발생한 것으로 판단되면 스텝 모터(1)을 정지시키게 된다(1700).
상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 스텝 모터 탈조 감지 시스템 및 방법은 모터의 고정자 권선 전류 또는 전압의 파형 모양으로부터 탈조 여부를 판단하기 때문에 탈조 여부를 비교적 간단하고 빠르게 판단할 수 있다.
스텝 모터가 위성 안테나에 적용된 경우에, 위성 안테나의 초기화 작업을 수행할 때 본 발명에 따른 시스템 및 방법을 적용하여 스텝 모터의 탈조가 감지되면 그 즉시 스텝 모터를 정지시키고 그 시점부터 안테나를 초기화하면 되기 때문에 초기화에 소요되는 시간을 줄일 수 있고 정확한 초기화 작업을 수행할 수 있는 장점이 있다.
이상과 같이 본 발명의 일실시예에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
본 발명은 차량, 기차, 선박 등 이동체에 탑재되는 위성 추적용 안테나 등에 사용될 수 있다.

Claims (11)

  1. 스텝 모터의 고정자 권선 전류신호를 검출하는 권선전류 검출부;
    상기 권선전류 검출부에서 검출된 전류신호를 전압신호로 변환하는 상기 전압변환부;
    상기 전압변환부에서 변환된 전압신호의 크기를 증폭시키는 차동증폭부;
    상기 차동증폭부에서 증폭된 전압신호를 미분하는 미분부; 및
    상기 미분부에서 나온 전압신호를 상기 차동증폭부의 기준전압과 비교하여 탈조 발생 여부를 판단하는 비교부;를 포함하며,
    상기 미분부는 상기 차동증폭부에서 나온 정현파 전압신호를 구형파 전압신호로 변환하고,
    상기 비교부는 상기 구형파 전압신호의 펄스 간격 변화 여부 또는 주파수의 변화 여부를 감지하는 것을 특징으로 하는 스텝 모터 탈조 감지 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전압변환부는 션트 저항기를 이용하여 권선 전류신호를 전압신호로 변환하는 것을 특징으로 하는 스텝 모터 탈조 감지 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 미분부는 상기 차동증폭부에서 측정된 신호의 급격한 변화 여부를 감지하는 것을 특징으로 하는 스텝 모터 탈조 감지 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 미분부는 상기 차동증폭부에서 나온 사인파형의 전압신호를 코사인파형의 전압신호로 변환하고, 전압신호의 변곡점에서의 기울기 변화 여부를 감지하는 것을 특징으로 하는 스텝 모터 탈조 감지 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 비교부에서 나온 상기 정현파 전압신호의 기울기에 변화가 있는지 또는 상기 구형파 전압신호의 펄스 간격에 변화가 있는지를 감지하여 스텝 모터의 탈조 여부를 판단하는 탈조판단부를 더 포함하며,
    상기 탈조판단부는 상기 정현파 전압신호의 기울기 변화 또는 상기 구형파 전압신호의 펄스 간격 변화가 발생하는 경우에 탈조가 발생한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 스텝 모터 탈조 감지 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 탈조판단부는 소정 시간 동안 상기 정현파 전압신호의 기울기 변화 또는 상기 구형파 전압신호의 펄스 간격 변화가 연속적 또는 반복적으로 발생하는 경우에 탈조로 판단하는 것을 특징으로 하는 스텝 모터 탈조 감지 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 탈조판단부는 소정 시간 동안 발생한 상기 정현파 전압신호의 기울기 변화 또는 상기 구형파 전압신호의 펄스 간격 변화의 평균값을 이용하여 탈조 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 스텝 모터 탈조 감지 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 비교부는 상기 미분부의 출력값의 부호가 바뀌는 지점에서 상기 미분부에서 출력된 전압신호가 상기 차동증폭부에서의 기준전압 보다 큰지 작은지 여부에 따라 탈조 발생 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 스텝 모터 탈조 감지 시스템.
  9. 제8항에 따른 시스템을 이용한 스텝 모터 탈조 감지 방법에 있어서,
    상기 스텝 모터의 권선 전류신호를 검출하는 단계;
    상기 전류신호를 전압신호로 변환하는 단계;
    상기 전압신호를 증폭하는 단계;
    상기 증폭된 전압신호를 미분하는 단계;
    상기 전압신호의 기울기 변화 여부를 감지하는 단계; 및
    상기 스텝 모터의 탈조 여부를 판단하는 단계;를 포함하고,
    상기 전압신호를 미분하는 단계에서는 정현파 전압신호가 구형파 전압신호로 변환되며,
    상기 전압신호의 기울기 변화 여부를 감지하는 단계에서는 상기 정현파 전압신호의 기울기 변화를 감지하거나 상기 구형파 전압신호의 펄스 간격 변화를 감지하는 것을 특징으로 하는 스텝 모터 탈조 감지 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 전압신호를 미분하는 단계에서는 상기 정현파 전압신호의 기울기가 변하는 시점을 알려주는 것을 특징으로 하는 스텝 모터 탈조 감지 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 스텝 모터의 탈조 여부를 판단하는 단계에서는 소정 시간 동안 상기 전압신호의 기울기 변화 또는 상기 구형파 전압신호의 펄스 간격 변화가 연속적 또는 반복적으로 발생하는 경우에 스텝 모터에 탈조가 발생한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 스텝 모터 탈조 감지 방법.
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