일반기술

무센서 무브러시DC 모터를 통한, 정지에서 공칭 속도에 이르는 위치 검출

무브러시 DC 모터는 위상(phase)의 공급과 토크(torque)의 생성을 위해 로터 위치(rotor position)를 필요로 한다. 이 신 기술은 모터 자체를 센서로 사용함으로써 직접 센서(direct sensor)의 필요성을 완전히 제거한다. 이러한 원리는 역기전력(back-EMF) 전압 검출을 바탕으로 하는 것이 아니라, 강자성체(ferromagnetic material)의 포화 효과(saturation effect)를 바탕으로 하므로, 전통적인 축류(axial), toothless, 공극(air-gap), tangential 모터의 정지 상태에서도 1등급의 기계적 위치 정밀도(position precision)가 가능하다.배경:오늘날 무브러시 DC 모터는 점점 더 빈번히 사용되고 있다. 많은 제품들의 내구성을 향상시키기 위해 각 회사들은 DC 모터 대신에 무브러시 모터를 선택하고 있으며, 이러한 변화에는 전통적인 DC 모터의 기계적 집전기(collector) 대신에 새로운 전자기술을 사용하는 상황도 포함된다. 이러한 전자 기술의 경우 위상의 변환을 위해 로터 위치가 요구되는데, 이러한 유형의 애플리케이션에는 일반적으로 홀(Hall) 센서가 사용된다. (특히 생산량이 많은 경우) 시장에 대한 압력으로 인해 각 회사들은 무센서 솔루션을 찾기 위해 노력하고 있다. 모든 계산 프로세스는 일렉트로닉 코어(electronic core)를 통해 구현되며, 과충전 (significant)의 수준은 그다지 높지 않다. "간접 센서(indirect sensor)"라 불리는 기술은 역기전력 전압 검출 또는 옵저버(observer) 구현 기술을 바탕으로 하는데, 이 두 경우 모두 정지 상태에서의 위치 검출은 불가능하다. 기술:이 새로운 원리는 정지 상태의 여부와 관계 없이 최고 1등급의 정밀도까지 로터 위치의 검출을 가능케 하며, 강자성체의 포화 효과를 바탕으로 한다. 이 시스템은 toothless 모터를 포함, 고정자(stator)를 위해 강자성체를 사용하는 모든 모터에 적용된다. 각 위상을 위해 정(positive)과 부(negative)의 자극이 생성된다. 예를 들어, 정의 자극은 고정자 내의 흡수도를 높이고 위상 감응도 (phase inductivity)를 낮출 것이며, 이와는 반대로 부의 자극은 위상 감응도를 높이면서 유동(flux)을 감소시킨다. 이들 두 값들 사이의 비교치는 로터 위치와 상관성을 지닌다. 측정되는 신호는 직접적으로 감응도가 될 수도 있고, 더 간단하게 고정된 시간 동안의 위상의 현재 단계가 될 수도 있다. 이러한 규격을 충족시키기 위해서는 마이크로 컨트롤러나 DSP (Digital Signal Processing)만이 요구되므로, 이와 같은 프로세스는 매우 간단해질 수 있다. 모터의 정류(commutation)는 동일한 DSP를 통해 이루어지며, 올바른 방향으로 드라이버를 스위칭하기 위해 모터의 위치를 이용한다. 따라서 홀 센서나 직접 센서는 필요가 없게 된다. 이 기술은 EPFL에 의해 특허를 획득했다. 혁신적인 사항:무브러시 모터를 위한 이 기술은 자동차 또는 의료용 애플리케이션을 위한 새로운 모터의 대량 생산에 매우 적합하도록 고안되었다. 이와 같은 유형의 전기 드라이브에 있어서는 가격과 신뢰성이 가장 중요한 기준이 될 것이므로, 이 솔루션은 다음과 같은 두 가지 혁신적인 측면들을 제공한다. 첫 번째로, 직접 센서와 관련된 모든 연결 장치의 필요성을 없앤다. DSP와 함께 사용할 경우 센서 기능은 소프트웨어 모듈화 되어, 직접 센서 솔루션에 비해 총 비용이 절감되는 결과를 낳는다. 두 번째로, 모터에 사용되는 부품의 총 수가 줄어들게 됨으로써 시스템의 신뢰성이 향상된다. 주요 장점:위에서 살펴본 바와 같이 전체 시스템의 비용 하락과 신뢰성 향상으로 인해 이 기술은 공간(spatial) 및 의료 애플리케이션을 위한 핵심적인 기술이 되었다. 또한 이 기술의 뛰어난 위치 정밀도는 정지 상태의 로터 위치를 이용한 많은 특수 애플리케이션(로봇식, 또는 의료용 도구 및 인터페이스를 위한 전기 장치 등)의 가능성을 열어 주었다.