모터 및, 그의 로터와 스테이터 어셈블리 사이 공극 거리측정 및 제어방법{Motor, Measure method for distance of air gap between rotor and stator assembly, and Control method using the Same}
본 발명은 모터 및 그의 로터와 스테이터 어셈블리 사이 공극 거리측정 및 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로, 모터는 고정자에 회전자가 회전가능하도록 장착되고, 고정자와 회전자 사이에서 발생되는 전자기력 또는 릴럭턴스 토크에 의해 회전자가 회전된다. 이에 대한 일예로서, 스위치드 릴럭턴스 모터는 자기저항(magnetic reluctance)의 변화에 따른 릴럭턴스 토크를 이용하여 로터를 회전시킨다. 이와 같은 스위치드 릴럭턴스 모터는 제고가격이 싸고 신뢰성이 높아 수명이 거의 영구적인 장점을 지니고 있다. 그러나 하기의 선행기술문헌에 기재된 특허문헌과 같은 스위치드 릴럭턴스 모터를 포함하는 종래기술에 따른 모터에 있어서, 고정자와 회전자 사이의 공극은 모터의 진동, 소음 및 효율에 영향을 미치는 요인이다. 따라서 이의 정밀제어가 요구되나 모터의 구동중에 공극의 측정 및 이의 평가가 어려울 뿐만 아니라, 공극의 평가에 따른 구동중 제어가 어려운 문제점을 지니고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 제1 관점은 상기 로터와 스테이터 어셈블리 사이에서 발생되는 기전력을 통해 로터와 스테이터 어셈블리 사이의 공극을 측정하는 공극측정모듈을 갖는 모터를 제공하기 위한 것이다. 본 발명의 제2 관점은 모터의 구동중에 로터와 스테이터 어셈블리 사이의 공극을 측정하여 기구적인 조립상태, 운전상태, 회전축의 언벨런스 등을 파악하고, 이를 다시 모터의 구동제어에 반영할 수 있는 모터를 제공하기 위한 것이다. 본 발명의 제3 관점은 로터와 스테이터 어셈블리 사이의 기전력을 발생시키고, 측정하고, 이를 기존 공극에 따른 기전력 데이터와 비교 판단하여 공극거리를 산출하고, 이에 따라 모터의 구동을 제어하는 모터의 로터와 스테이터 어셈블리 사이 공극측정 및 제어방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일실시예에 따른 모터는 회전축을 포함하는 로터와, 상기 로터를 회전가능하도록 지지하는 스테이터 어셈블리와, 상기 로터와 스테이터 어셈블리에서 발생되는 기전력을 통해 상기 회전축과 스테이터 어셈블리 사이 공극 거리를 측정하는 공극측정모듈을 포함한다. 또한, 본 발명의 일실시예에 따른 모터의 상기 공극측정모듈은 상기 로터와 스테이터 어셈블리에서 기전력을 발생시키는 기전력 발생부와, 상기 기전력 발생부에서 발생된 기전력을 측정하는 기전력 측정부와, 상기 기전력 측정부에서 측정된 기전력 데이터를 기존의 공극에 따른 기전력 데이터와 비교하고, 공극 거리를 산출하는 비교산출부와, 상기 비교산출부의 공극 거리를 통해 모터의 구동을 제어하는 제어부를 포함한다. 또한, 본 발명의 일실시예에 따른 모터의 상기 공극측정모듈은 상기 제어부에 의해 공극거리, 공극의 상태, 모터의 구동속도를 포함하는 모터의 동작상태를 표시하는 디스플레이부를 더 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 일실시예에 따른 모터의 상기 기전력 발생부는 상기 로터의 회전축에 장착된 영구자석과, 상기 영구자석에 대향되도록 스테이터 어셈블리에 장착되고, 코일이 권취된 유도 코일부를 포함한다. 또한, 본 발명의 일실시예에 따른 모터의 상기 영구자석은 상기 회전축의 원주방향에 대하여 복수개가 장착되고, 인접한 영구자석 사이에 스페이스부가 형성된다. 또한, 본 발명의 일실시예에 따른 모터의 상기 기전력 측정부는 상기 기전력 발생부의 아날로그 기전력 데이터를 측정하고, 상기 비교산출부는 측정된 아날로그 기전력 데이터를 디지털 기전력 데이터로 변환하고, 기존에 저장된 공극에 따른 기전력 데이터와 비교분석하여 공극 거리를 산출한다. 또한, 본 발명의 일실시예에 따른 모터의 상기 제어부는 상기 비교산출부의 공극에 따라 모터 구동속도의 가속, 감속 및 정지를 제어한다. 또한, 본 발명의 일실시예에 따른 모터의 상기 로터는 스테이터 어셈블리를 향해 돌출된 돌극이 형성되고, 상기 스테이터 어셈블리는 로터의 돌극에 대향되고, 코일이 권취된 고정자 돌극이 형성되어 스위치드 릴럭턴스 모터로 구현될 수 있다. 또한, 본 발명의 일실시예에 따른 모터에 있어서, 상기 로터의 회전축 일단부에 영구자석이 탈,부착 가능하도록 장착되고, 상기 영구자석에 대향되는 스테이터 어셈블리에는 코일이 권취된 유도 코일부가 탈,부착 가능하도록 장착될 수 있다.
본 발명에 따른 모터의 로터와 스테이터 어셈블리 사이 공극 거리측정 및 제어방법은 로터와 스테이터 어셈블리 사이에 유도권선에 의해 기전력을 발생시키는 기전력 발생단계와, 발생된 기전력을 측정하는 기전력 측정단계와, 측정된 기전력 데이터를 기존 공극 거리에 따른 기전력 데이터와 비교하고, 공극 거리를 산출하는 공극거리 비교산출단계와, 공극 거리를 통해 모터의 구동을 제어하는 제어단계를 포함한다. . 또한, 본 발명에 따른 모터의 로터와 스테이터 어셈블리 사이 공극 거리측정 및 제어방법의 상기 기전력 발생단계는 로터에 장착된 영구자석에 대향되도록 스테이터 어셈블리에 장착된 유도 코일부에 모터구동에 따라 전류를 인가한다. 또한, 본 발명에 따른 모터의 로터와 스테이터 어셈블리 사이 공극 거리측정 및 제어방법의 상기 기전력 측정단계는 상기 기전력 발생단계에서 발생된 기전력을 시간대 별로 측정한다. 또한, 본 발명에 따른 모터의 로터와 스테이터 어셈블리 사이 공극 거리측정 및 제어방법의 상기 제어단계는 공극 거리에 따라 모터속도를 지속, 감속 및 정지로 제어한다. 또한, 본 발명에 따른 모터의 로터와 스테이터 어셈블리 사이 공극 거리측정 및 제어방법은 상기 제어단계의 공극거리와 공극의 상태, 모터의 구동속도를 포함하는 모터의 동작상태를 표시하는 디스플레이단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명에 따르면 상기 로터와 스테이터 어셈블리 사이에서 발생되는 기전력을 통해 로터와 스테이터 어셈블리 사이의 공극을 측정할 수 있고, 모터의 구동중에 로터와 스테이터 어셈블리 사이의 공극을 측정하여 기구적인 조립상태, 운전상태, 회전축의 언벨런스 등을 파악하고, 이를 다시 모터의 구동제어에 반영할 수 있는 모터를 얻을 수 있다. 또한, 로터와 스테이터 어셈블리 사이의 유도권선에 모터가 구동됨에 따라 기전력을 발생시키고, 측정하고, 이를 기존 공극에 따른 기전력 데이터와 비교 판단하여 공극거리를 산출하고, 이에 따라 모터의 구동을 제어하는 모터의 로터와 스테이터 어셈블리 사이 공극측정 및 제어방법을 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 모터를 개략적으로 도시한 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 모터의 공극측정모듈을 개략적으로 도시한 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 모터의 로터와 스테이터 어셈블리 사이 공극 거리측정 및 제어방법을 개략적으로 도시한 순서도.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, "제1", "제2", "일면", "타면" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다. 이하, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 모터를 개략적으로 도시한 구성도이다. 도시한 바와 같이, 상기 모터(100)는 로터(110), 스테이터 어셈블리(120)와, 상기 로터와 스테이터 어셈블리에서 발생되는 기전력을 통해 상기 회전축과 스테이터 어셈블리 사이의 공극을 측정하는 공극측정모듈(130)을 포함한다. 보다 구체적으로, 상기 로터(110)는 회전축(111)을 포함하고, 상기 스테이터 어셈블리는 상기 로터를 회전가능하도록 지지한다. 그리고, 스테이터 어셈블리는 스테이터를 포함하는 하우징부의 일체를 의미한다. 또한, 상기 공극측정모듈(130)은 상기 회전축(111)에 장착된 영구자석(131)과 상기 영구자석(131)에 대향되도록 스테이터 어셈블리(120)에 장착되고, 코일이 권취된 유도 코일부(132)를 포함한다. 그리고, 상기 영구자석(131)은 상기 회전축(111)의 원주방향에 대하여 복수개가 장착되고, 상기 회전축(111)의 인접한 영구자석 사이에 스페이스부(113)이 형성된다. 상기 스페이스부(113)는 신호 미검출 구간을 형성하기 위한 것으로서, 이를 통해 기전력 측정데이터의 가독성을 높일 수 있다. 또한, 상기 영구자석(131)은 로터(110)의 회전축(111) 일단부에 탈,부착 가능하도록 장착될 수 있고, 상기 유도 코일부(132)는 상기 스테이터 어셈블리(120)에 탈,부착 가능하도록 장착될 수 있다. 그리고 본 발명의 일실시예에 따른 모터의 로터(110)는 스테이터 어셈블리(120)를 향해 돌출된 돌극(112)이 형성되고, 상기 스테이터 어셈블리(120)는 로터의 돌극(112)에 대향되고, 코일이 권취된 고정자 돌극(미도시)이 형성되고, 자기저항의 변화에 따른 릴럭턴스 토크를 이용하여 로터를 회전시키는 스위치드 릴럭턴스 모터로 구현될 수 있다.
이와같이 이루어지고, 본 발명의 일실시예에 따른 모터(100)는 회전축(111)이 회전될 경우, 상기 회전축(111)에 장착된 영구자석(131)과 유도 코일부(132)에 의해 기전력이 발생되고, 발생된 기전력을 측정하고, 기존에 공극에 따라 산출한 기전력과 비교하여 로터와 스테이터 어셈블리 사이의 공극 거리(D)를 산출할 수 있게 된다. 또한, 공극 거리를 통해 기구적인 조립상태, 운전상태, 회전축의 언벨런스 등을 파악하고, 이를 다시 모터의 구동제어에 반영할 수 있게 된다. 이하, 도 2를 참조하여 공극측정모듈의 기술구성과, 이에 따른 공극측정 및 제어에 대하여 보다 자세히 기술한다.
도 2는 본 발명에 따른 모터의 공극측정모듈을 개략적으로 도시한 구성도이다. 도시한 바와 같이, 공극측정모듈은 기전력 발생부, 기전력 측정부, 비교 산출부, 제어부 및 디스플레이부를 포함한다. 보다 구체적으로, 상기 기전력 발생부는 모터의 로터와 스테이터 어셈블리에서 기전력을 발생시키기 위한 것으로, 도 1에 도시한 바와 같이 영구자석과 이에 대향되도록 장착된 유도 코일부에 의해 구현될 수 있다. 그리고 상기 기전력 측정부는 상기 기전력 발생부에서 발생된 기전력을 측정하기 위한 것으로, 상기 기전력 발생부의 아날로그 기전력 데이터를 측정한다. 그리고 상기 비교산출부는 상기 기전력 측정부에서 측정된 아날로그 기전력 데이터를 디지털 기전력 데이터로 변환하고, 기존의 공극에 따른 미리 저장된 기전력 데이터와 비교분석하여 공극 거리를 산출한다. 이때 디지털 기전력 데이터를 시간대별로 최소값과 최대값을 분석하고, 이를 통해 기존의 데이터와 비교분석시 이용할 수도 있다. 그리고 상기 제어부는 상기 비교산출부의 공극 거리를 통해 모터의 구동을 제어하기 위한 것으로, 상기 비교산출부의 공극 거리에 따라 모터의 속도 제어부에 신호를 전달하여 구동속도의 가속, 감속 및 정지를 제어한다. 이에 따라, 운전중 공극 거리의 측정을 통해 모터의 이상상태의 감지나 위험 가능성 즉, 베어링 파손 및 기타 축계 이상유무를 판단하여 안전사고를 예방할 수 있게 된다. 그리고 상기 디스플레이부는 상기 제어부에 의해 공극거리, 공극의 상태, 모터의 구동속도를 포함하는 모터의 동작상태를 표시한다.
도 3은 본 발명에 따른 모터의 로터와 스테이터 어셈블리 사이 공극 거리측정 및 제어방법을 개략적으로 도시한 순서도이다. 도시한 바와 같이, 모터의 로터와 스테이터 어셈블리 사이 공극측정 및 제어방법(S100)은 기전력 발생단계(S110), 기전력 측정단계(S120), 공극거리 비교산출단계(S130), 제어단계(S140), 디스플레이단계(S150)을 포함한다. 보다 구체적으로, 상기 기전력 발생단계(S110)는 로터에 장착된 영구자석에 대향되도록 스테이터 어셈블리에 장착된 유도 코일부에 모터구동시 전류를 인가하여, 로터와 스테이터 어셈블리 사이의 기전력이 발생된다. 그리고 상기 기전력 측정단계(S120)는 상기 기전력 발생단계에서 발생된 기전력을 시간대 별로 측정한다. 그리고 상기 공극거리 비교산출단계(S130)는 측정된 기전력 데이터를 기존에 저장해 놓은 공극에 따른 기전력 데이터와 비교하고, 공극 거리를 산출한다. 즉, 시간대 별 측정데이터를 운전 rpm, 시간, 최대값, 최소값의 데이터를 통해 기존에 데이터와 비교하여 공극 거리를 산출한다. 그리고 상기 제어단계(S140)는 공극 거리를 통해 모터의 구동을 제어한다. 즉, 비교산출부의 공극 거리에 따라 모터의 속도 제어부에 신호를 전달하여 구동속도의 가속, 감속 및 정지를 제어한다. 그리고 상기 디스플레이단계(S150)는 상기 제어단계의 공극거리와 공극의 상태, 모터의 구동속도를 포함하는 모터의 동작상태를 표시한다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다고 할 것이다. 본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
100 : 모터 110 : 로터
111 : 회전축 112 : 돌극
113 : 스페이스부
120 : 스테이터 어셈블리 130 : 공극측정모듈
131 : 영구자석 132 : 유도 코일부 |
