KR200266147Y1

KR200266147Y1 - 직류모터의 회전속도측정장치

Info

Publication number: KR200266147Y1
Application number: KR2020010036341U
Authority: KR
Inventors: 백정복; 이종찬; 김성진
Original assignee: 백정복
Priority date: 2001-11-26
Filing date: 2001-11-26
Publication date: 2002-02-27

Abstract

본 고안은 직류모터의 회전속도측정장치에 관한 것으로서, 측정모터의 전원선에 흐르는 모터전류를 검출하는 모터전류검출부와; 상기 모터전류를 구성하는 모터조화함수전류성분의 주파수(F)를 결정하는 전류성분주파수결정부와; 상기 모터조화함수전류성분의 주파수(F)와 상기 정류자의 개수(C)를 수학식 F÷C에 대입하여 모터예상속도값을 산출하고, 상기 측정모터와 동일한 규격을 갖는 정상직류모터의 정격회전속도에 가장 근접한 모터예상속도값을 상기 측정모터의 초당 회전속도로 결정하는 회전속도결정부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의해, 직류모터의 회전속도를 측정함에 있어서 측정오차를 줄일수 있을 뿐만 아니라 복수의 직류모터의 회전속도를 측정할 경우 측정시간을 줄일 수 있다.

Description

직류모터의 회전속도측정장치{Device for Measuring Revolution Speed of DC Motor}

본 고안은 직류모터의 회전속도측정장치에 관한 것이다.

일반적으로 직류모터는 고정자계를 생성하는 계자부와 고정자계의 자속과 쇄교하도록 분산 배치된 적어도 2이상의 전기자코일을 갖고 있다. 전기자코일은 한쌍의 브러시, 다수의 정류자 및 전원선을 통해 모터구동전원에 연결된다. 정류자들은 고정자계와 상호 작용하여 회전력을 발생시키는 회전자계가 생성되도록 전기자코일을 브러시에 순차적으로 연결시킨다. 그리고 정류자들사이에는 절연부재가 각각 개재되어 있다.

이러한 구성을 갖는 직류모터는 속도제어, 직류모터의 양부판단 등을 위하여 회전속도를 측정하는 바, 종래에는 주지된 바와 같이 직류모터의 회전속도에 비례하는 유도전류을 발생시키도록 직류모터의 회전축에 부착된 타코 제너레이터(Tacho Generator), 직류모터의 회전축에 결합된 원판의 슬롯를 통과하는 빛을 광전변화하여 직류모터의 회전속도에 비례하는 펄스열을 발생시키도록 직류모터의 회전축에 부착된 펄스발생기(Pulse Generator) 등을 사용하여 직류모터의 회전속도를 측정한다.

그런데, 종래의 직류모터 회전속도의 측정장치에 따르면, 측정장치에 기계적인 요소가 개재되기 때문에 측정오차가 발생할 염려가 크고, 측정장치의 일부를 직류모터의 회전축에 부착하기 때문에 하나의 측정장치를 사용하여 복수의 직류모터 를 측정하여야 할 경우 측정시간이 길어진다는 문제점이 있었다.

따라서, 본 고안의 목적은, 측정오차를 줄일수 있고 복수의 직류모터의 회전속도를 측정할 경우 측정시간을 줄일 수 있는 직류모터의 회전속도측정장치를 제공하는 것이다.

도1은 본 고안의 실시예에 따른 직류모터의 고장검사장치의 기능별 블록도,

도2는 본 고안의 실시예에 따른 직류모터의 고장검사방법을 도시한 흐름도,

도3은 도2의 S30의 세부흐름도,

도4는 도2의 S40의 세부흐름도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

5 : 직류모터 7 : 모터전원공급장치

9 : 정류자정보입력장치 10 : 회전속도표시장치

11 : 전류검출부 21 : 중앙처리장치

31 : 회전속도결정부 41 : 전류성분주파수/진폭결정부

상기 목적은, 본 고안에 따라, 고정자계를 생성하는 계자부와 상기 고정자계의 자속과 쇄교하도록 분산 배치된 적어도 2이상의 전기자코일과 전원선을 통해 모터구동전원에 연결된 한 쌍의 브러시와 상기 브러시와 상기 전기자코일사이에 개재하여 상기 고정자계와 상호 작용하여 회전력을 발생시키는 회전자계를 생성하도록 상기 전기자코일을 상기 브러시에 순차적으로 연결하는 다수의 정류자를 갖는 직류모터의 회전속도측정장치에 있어서, 상기 측정모터의 전원선에 흐르는 모터전류를 검출하는 모터전류검출부와; 상기 모터전류를 구성하는 모터조화함수전류성분의 주파수(F)를 결정하는 전류성분주파수결정부와; 상기 모터조화함수전류성분의 주파수(F)와 상기 정류자의 개수(C)를 수학식 F÷C에 대입하여 모터예상속도값을 산출하고, 상기 측정모터와 동일한 규격을 갖는 정상직류모터의 정격회전속도에 가장 근접한 모터예상속도값을 상기 측정모터의 초당 회전속도로 결정하는 회전속도결정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 직류모터의 회전속도측정장치에 의해 달성된다.

여기서, 상기 전원선에 흐르는 모터전류 대신 상기 측정모터의 전원선에 분압저항을 직렬로 연결하고 상기 분압저항에 인가되는 모터전압을 검출함으로써 본 고안의 목적을 달성할 수 있다.

그리고 측정시간을 단축할 수 있도록, 상기 전류성분주파수결정부는, 상기 측정모터의 종류 및 소정의 측정오차범위에 따라 결정되는 샘플링주파수로 상기 모터전류를 샘플링하는 모터전류샘플링부와, 상기 모터조화함수전류성분의 주파수(F)가 결정되도록 상기 샘플링된 모터전류를 고속푸리에변환하는 전류푸리에변환부를포함하도록 구성할 수 있다.

또한, 측정시간을 단축할 수 있도록, 상기 모터조화함수전류성분의 주파수(F)별 진폭값을 결정하는 전류성분진폭결정부를 더 포함하고; 상기 회전속도결정부는 상기 모터조화함수전류성분의 진폭크기순으로 상기 모터예상속도값을 산출하도록 구성하는 것이 바람직하다.

이하에서, 첨부도면을 참조하여 본 고안을 상세히 설명하기로 한다.

도1은 본 고안의 실시예에 따른 직류모터의 회전속도측정장치의 기능별 블록도이다.

본 고안의 실시예에 따른 직류모터의 회전속도측정장치는, 도1에 도시된 바와 같이, 측정모터(5)에 흐르는 모터전류를 전원선(6)으로부터 검출하는 모터전류검출부(11)와, 모터전류검출부(11)에서 검출한 모터전류에 기초하여 측정모터(5)의 실제회전속도를 결정하여 회전속도표시장치(10)에 표시하는 중앙처리장치(21)를 갖고 있다.

중앙처리장치(21)는 모터전류검출부(11)에서 검출한 아날로그 모터전류를 구성하는 모터조화함수전류성분의 주파수 및 주파수별 진폭을 결정하는 전류성분주파수/진폭결정부(41)와 전류성분주파수/진폭결정부(41)에서 결정된 모터조화함수전류성분의 주파수 및 주파수별 진폭에 기초하여 측정모터(5)의 실제회전속도를 결정하는 회전속도결정부(31)를 갖고 있다. 전류성분주파수/진폭결정부(41)는 모터전류검출부(11)에서 검출한 모터전류를 소정주파수로 샘플링(Sampling)하는 모터전류샘플링부(43)와 샘플링된 모터전류에 대하여 고속푸리에변환(FFT : Fast FourierTransform)을 시행하는 전류푸리에변환부(45)를 갖고 있다. 여기서 모터전류의 샘플링주파수는 측정모터(5)의 종류 및 측정오차범위에 따라 결정된다. 즉, 측정모터(5)의 정류자 개수가 많거나 측정오차범위가 작은 경우 샘플링주파수를 크게 설정한다. 그리고 회전속도결정부(31)는 측정모터(5)의 모터예상속도값을 산출하는 모터예상속도값산출부(35)와 모터예상속도값을 측정모터(5)와 동일한 규격을 갖는 직류모터(이하 정상직류모터라 함)의 정격회전속도와 비교하는 모터예상속도값비교부(33)를 갖고 있다. 여기서, 모터예상속도값산출부(35)는 후술하는 메모리(8)에 저장된 F÷C에 모터조화함수전류성분의 주파수(F) 및 검사모터(5)의 정류자의 개수(C)를 대입하여 모터예상속도값을 산출한다.

모터예상속도값(F÷C)은 그 중 어느 하나가 검사모터(5)의 실제회전속도를 나타내는 바, 이를 상세히 설명하면 다음과 같다.

검사모터(5)가 양품인 경우 검사모터(5)가 회전함에 따라 복수의 정류자들이 순차적으로 브러시와 접촉되었다가 분리되는 것을 반복하고, 이 접촉 및 분리현상은 전원선(6)에 흐르는 모터전류의 변화로 나타난다. 즉, 브러시가 정류자들사이의 절연부재를 통과할 때 모터전류는 최소가 된다. 그리고 브러시와 정류자가 접촉되면 접촉면적이 점점 증가하여 접촉저항이 점점 작아지고, 모터전류는 증가한다. 브러시와 정류자사이의 접촉저항이 최소가 될 때 모터전류는 최대가 된다. 그리고 브러시와 정류자사이의 접촉저항이 최소가 된 후에는 다시 접촉저항이 증가하고, 모터전류는 감소한다. 브러시가 인접하는 다른 절연부재에 접촉할 때 모터전류는 다시 최소가 된다. 이러한 모터전류의 파형변화는 직류모터가 1회전하는 동안 정류자의 개수만큼 일어난다. 따라서, 모터조화함수전류성분의 기본주파수는 검사모터(5)의 초당 회전속도에 정류자의 개수를 곱한 값이 된다. 역으로 검사모터(5)가 양품인 경우 모터조화함수전류성분의 기본주파수를 정류자의 개수로 나누면 검사모터(5)의 초당 실제회전속도를 구할 수 있다.

한편, 검사모터(5)가 정류자의 결함, 전기자코일의 결함 등을 갖고 있는 불량품인 경우 모터전류는 결함부분에 대응하는 부분에서 왜곡된다. 모터전류의 왜곡에 의해 모터전류의 주기는 검사모터(5)가 양품인 경우보다 커지고 기본주파수는 작아진다. 그러므로 검사모터(5)가 불량품인 경우 모터조화함수전류성분의 기본주파수를 정류자의 개수로 나누어도 검사모터(5)의 초당 실제회전속도를 구할 수 없다.

그러나 측정모터(5)에 결함이 없다고 가정한 경우에 전원선(6)에 흐르는 모터전류를 구성하는 모터조화함수전류성분의 기본주파수에 대응하는 결함있는 측정모터(5)의 모터조화함수전류성분 주파수(이하 F(D)라 한다)를 구하여 F÷C에 대입하면 결함있는 측정모터(5)의 초당 실제회전속도를 얻을 수 있다.

여기서, F(D)의 값은 F(D)÷C의 계산값(모터예상속도값중의 하나임)이 정상직류모터의 정격회전속도와 비슷할 것이란 점을 이용하여 다음과 같이 구할 수 있다.

결함이 있는 측정모터(5)의 모터조화함수전류성분의 주파수를 F÷C에 대입하여 계산한다. 그리고 이 계산값들(즉, 모터예상속도값들)을 정상직류모터의 정격회전속도와 비교하여 정격회전속도에 가장 인접한 모터예상속도값을 선택한다. 그러면 이 선택된 모터예상속도값을 계산할 때 사용된 모터조화함수전류성분의 주파수가 F(D)가 된다. 다음에, F(D)÷C에 의해 측정모터(5)의 실제회전속도를 구하여야 할 것이나 정상직류모터의 정격회전속도에 가장 인접한 모터예상속도값을 측정모터(5)의 실제회전속도로 취할 수 있음을 알 수 있다. 그리고 이는 측정모터(5)가 양품인 경우에도 동일하게 적용할 수 있다.

한편, 중앙처리장치(21)에는 측정모터(5)의 정류자의 개수정보를 디지탈값으로 입력하기 위한 정류자정보입력장치(9)와 중앙처리장치(21)에서 결정한 측정모터(5)의 실제회전속도를 외부에 표시하기 위한 회전속도표시장치(10)와 중앙처리장치(21)에서 행하는 측정모터(5)의 회전속도산출에 필요한 정보를 저장하는 메모리(8)가 각각 연결되어 있다. 메모리(8)에는 F÷C 연산을 수행하는 프로그램과 정상직류모터의 정격회전속도정보가 저장되어 있다. 한편, 측정모터(5)에는 전원선(6)을 통해 모터구동전압을 공급하는 모터전원공급장치(7)가 연결되어 있다.

이러한 구성을 갖는 본 고안의 실시예에 따른 직류모터의 회전속도측정장치를 사용하여 회전속도를 측정하는 방법을 도2 내지 도4를 참조하여 설명하면 다음과 같다. 도2는 본 고안의 실시예에 따른 직류모터의 고장검사방법을 도시한 흐름도이고, 도3은 도2의 S30의 세부흐름도이며, 도4는 도2의 S40의 세부흐름도이다.

먼저 측정모터(5)에 전원선(6)을 통해 모터구동전압을 공급하고, 측정자는 정류자정보입력장치(9)를 통해 측정모터(5)의 정류자의 개수를 입력한다(S10).

다음에 전원선(6)을 흐르는 모터전류를 검출한다(S20).

다음에 모터전류를 구성하는 모터조화함수전류성분의 주파수와 주파수별 진폭값을 구한다(S30). 이들은 검출한 모터전류를 샘플링하고(S31), 샘플링된 모터전류에 고속푸리에변환을 시행하여 구할 수 있다(S33).

다음에 정상직류모터의 정격회전속도, 모터조화함수전류성분의 주파수(F)와 정류자의 개수(C)에 기초하여 다음과 같은 방법으로 측정모터(5)의 실제회전속도값을 결정한다(S40).

측정모터(5)의 모터조화함수전류성분의 주파수를 F÷C에 대입하여 모터예상속도값을 산출한 후(S41), 모터예상속도값을 정상직류모터의 정격회전속도와 비교하여 정격회전속도에 가장 인접한 모터예상속도값을 측정모터(5)의 실제회전속도로 결정한다(S43). 여기서, 모터예상속도값은 모터조화함수전류성분의 진폭크기순으로 산출하여 정상직류모터의 정격회전속도와 비교하는 것이 회전속도의 측정시간을 단축시킬 수 있다.

이상 측정모터(5)의 실제회전속도를 구하는 방법을 요약하면, 측정모터(5)가 양품인지 불량품인지와 관계없이 모터전류의 모터조화함수전류성분의 주파수를 구하고 이들 주파수를 F÷C에 대입하여 모터예상속도값을 구한 후 이들 모터예상속도값을 정상직류모터의 정격회전속도와 비교하면 측정모터(5)의 실제회전속도를 구할 수 있음을 알 수 있다.

마지막으로 측정모터(5)의 실제회전속도를 회전속도표시장치를 통해 표시한다.

상술한 실시예에서는 고속푸리에변환에 의해 모터조화함수전류성분의 주파수 및 진폭을 결정하고 있으나, DFT(Discrete Fourier Transform) 등의 방법을 사용할수 있음은 물론이다.

그리고 상술한 실시예에서는 정류자개수를 외부로부터 입력하도록 하고 있으나, 미리 측정모터(5)의 정류자개수를 메모리(8)에 저장하여 본 고안을 실시할 수 있다.

또한 상술한 실시예에서는 측정모터(5)의 초당 회전속도를 구하고 있으나 F÷C를 적절히 변형함으로써 분당 회전속도, 시간당 회전속도를 구할 수 있음은 물론이다.

한편, 상술한 실시예에서는 측정모터(5)의 전원선에 흐르는 모터전류를 검출하여 측정모터(5)의 실제회전속도를 구하고 있으나, 측정모터(5)의 전원선에 분압저항을 직렬로 연결하고 분압저항에 인가되는 모터전압을 검출하여 측정모터(5)의 실제회전속도를 구할 수 있다.

따라서, 본 고안에 따르면, 직류모터의 회전속도를 측정함에 있어서, 측정오차를 줄일수 있을 뿐만 아니라 복수의 직류모터의 회전속도를 측정할 경우 측정시간을 줄일 수 있게 된다.

Claims

고정자계를 생성하는 계자부와 상기 고정자계의 자속과 쇄교하도록 분산 배치된 적어도 2이상의 전기자코일과 전원선을 통해 모터구동전원에 연결된 한 쌍의 브러시와 상기 브러시와 상기 전기자코일사이에 개재하여 상기 고정자계와 상호 작용하여 회전력을 발생시키는 회전자계를 생성하도록 상기 전기자코일을 상기 브러시에 순차적으로 연결하는 다수의 정류자를 갖는 직류모터의 회전속도측정장치에 있어서,

측정모터의 전원선에 흐르는 모터전류를 검출하는 모터전류검출부와;

상기 모터전류를 구성하는 모터조화함수전류성분의 주파수(F)를 결정하는 전류성분주파수결정부와;

상기 모터조화함수전류성분의 주파수(F)와 상기 정류자의 개수(C)를 수학식 F÷C에 대입하여 모터예상속도값을 산출하고, 상기 측정모터와 동일한 규격을 갖는 정상직류모터의 정격회전속도에 가장 근접한 모터예상속도값을 상기 측정모터의 초당 회전속도로 결정하는 회전속도결정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 직류모터의 회전속도측정장치.
제1항에 있어서,

상기 전류성분주파수결정부는, 상기 측정모터의 종류 및 소정의 측정오차범위에 따라 결정되는 샘플링주파수로 상기 모터전류를 샘플링하는 모터전류샘플링부와, 상기 모터조화함수전류성분의 주파수(F)가 결정되도록 상기 샘플링된 모터전류를 고속푸리에변환하는 전류푸리에변환부를 포함하는 것을 특징으로 하는 직류모터의 회전속도측정장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 모터조화함수전류성분의 주파수(F)별 진폭값을 결정하는 전류성분진폭결정부를 더 포함하고;

상기 회전속도결정부는 상기 모터조화함수전류성분의 진폭크기순으로 상기 모터예상속도값을 산출하는 것을 특징으로 하는 직류모터의 회전속도측정장치.
고정자계를 생성하는 계자부와 상기 고정자계의 자속과 쇄교하도록 분산 배치된 적어도 2이상의 전기자코일과 전원선을 통해 모터구동전원에 연결된 한 쌍의 브러시와 상기 브러시와 상기 전기자코일사이에 개재하여 상기 고정자계와 상호 작용하여 회전력을 발생시키는 회전자계를 생성하도록 상기 전기자코일을 상기 브러시에 순차적으로 연결하는 다수의 정류자를 갖는 직류모터의 회전속도측정장치에 있어서,

상기 전원선에 직렬로 연결된 분압저항과;

상기 분압저항에 걸리는 전압을 검출하는 모터전압검출부와;

상기 모터전압을 구성하는 모터조화함수전압성분의 주파수(F)를 결정하는 전압성분주파수결정부와;

상기 모터조화함수전압성분의 주파수(F)와 상기 정류자의 개수(C)를 수학식 F÷C에 대입하여 모터예상속도값을 산출하고, 상기 측정모터와 동일한 규격을 갖는 정상직류모터의 정격회전속도에 가장 근접한 모터예상속도값을 상기 측정모터의 초당 회전속도로 결정하는 회전속도결정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 직류모터의 회전속도측정장치.
제4항에 있어서,

상기 전압성분주파수결정부는, 상기 측정모터의 종류 및 소정의 측정오차범위에 따라 결정되는 샘플링주파수로 상기 모터전압을 샘플링하는 모터전압샘플링부와, 상기 모터조화함수전압성분의 주파수(F)가 결정되도록 상기 샘플링된 모터전압을 고속푸리에변환하는 전압푸리에변환부를 포함하는 것을 특징으로 하는 직류모터의 회전속도측정장치.
제4항 또는 제5항에 있어서,

상기 모터조화함수전압성분의 주파수(F)별 진폭값을 결정하는 전압성분진폭결정부를 더 포함하고;

상기 회전속도결정부는 상기 모터조화함수전압성분의 진폭크기순으로 상기 모터예상속도값을 산출하는 것을 특징으로 하는 직류모터의 회전속도측정장치.