KR102047876B1 - 자기 베어링 제어장치, 제어방법 및 이를 이용한 고속회전용 모터 - Google Patents

자기 베어링 제어장치, 제어방법 및 이를 이용한 고속회전용 모터 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고속회전용 모터의 구동전 또는 구동중 회전축의 위치를 감지하여 변위센서의 고장 여부를 판단함으로써 회전축의 위치를 정확하게 제어할 수 있도록 한 자기 베어링 제어장치, 제어방법 및 이를 이용한 고속회전용 모터를 제공하는 것으로, 본 발명의 자기 베어링 제어장치는 다수의 출력소자에서 발생하는 전자기력으로 회전축을 부상시키는 자기 베어링; 상기 회전축의 변위를 감지하도록 제공된 적어도 하나의 변위센서; 및 상기 변위센서의 감지된 변위를 이용하여 상기 회전축의 위치를 제어하기 위해 상기 출력소자로 공급되는 전류공급을 제어하고, 상기 변위센서의 고장 여부를 판단하는 제어부;를 포함한다.

Description

자기 베어링 제어장치, 제어방법 및 이를 이용한 고속회전용 모터 {MAGNETIC BEARING CONTROL APPARATUS, CONTROL METHOD AND HIGH SPEED ROTATING MOTOR USING THE SAME}
본 발명은 자기 베어링 제어장치, 제어방법 및 이를 이용한 고속회전용 모터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 자기 베어링에 의해 지지되는 고속회전용 모터의 회전축의 위치를 감지하는 센서의 정상작동여부를 파악하여 고장여부를 진단하는 자기 베어링 제어장치, 제어방법 및 이를 이용한 고속회전용 모터에 관한 것이다.
일반적으로 모터는 고정자(스테이터; stator)의 내부에 회전축(로터; rotor)이 회전 가능하게 제공된 것으로, 회전축이 고속으로 회전하도록 제공된다.
이러한 모터는 다양한 구동수단으로 사용되며, 일례로 자동차, 세탁기, 압축기 등 여러 분야에서 활용되고 있다.
일반적으로 모터는 회전축이 물리적으로 접촉되는 베어링에 지지되는 구조로 제공되고 있으며, 최근에는 더욱 고속으로 회전하는 모터의 개발 필요성에 따라 자기 베어링에 의해 회전축이 물리적인 접촉없이 지지되도록 하여 고속회전에 적합한 고속회전용 모터가 개발되었다.
종래의 고속회전용 모터는, 하우징의 내부에 고정자가 구비되고, 이 고정자의 중앙부에 회전축이 회전가능하게 제공된다.
회전축은 회전시 자기 베어링에 의해 고정자에 대해 일정한 간격을 갖도록 부상된 상태로 회전한다. 이러한 회전축은 고정자에 대해 설정된 위치를 벗어난 상태로 회전할 경우, 소음을 발생하게 되며, 회전속도가 저하될 수 있고, 심할 경우 고정자 또는 하우징 내부 부품들과 충돌하여 파손될 우려가 있다.
한편, 종래의 고속회전용 모터는, 회전축의 회전위치를 제어하기 위하여, 회전축의 위치를 감지하기 위한 변위센서를 구비하며, 이 변위센서를 이용하여 회전축의 회전 위치를 제어하는 기술이 개발되었다. 또한, 종래에는 변위센서에 감지된 회전축의 회전 위치를 이용하여 자기 베어링의 고장을 진단하고, 이를 이용하여 자기 베어링을 제어하는 치료 시스템과 방법이, 한국 등록특허 제589720호로 제안되었다.
그러나, 종래의 고속회전용 모터 및 자기 베어링의 고장 진단/치료 시스템과 그 방법은 변위센서가 회전축의 위치를 정확하게 측정해야 하나, 변위센서의 고장 또는 이상작동시 회전축의 위치를 정확하게 측정할 수 없었고, 변위센서의 자체적인 고장을 진단하는 기술은 개시되어 있지 않다.
한국 등록특허 제589720호 (2006.06.07)
본 발명의 목적은 고속회전용 모터의 구동전 또는 구동중 회전축의 위치를 감지하여 변위센서의 고장 여부를 판단함으로써 회전축의 위치를 정확하게 제어할 수 있도록 한 자기 베어링 제어장치, 제어방법 및 이를 이용한 고속회전용 모터를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 회전축의 부상 및 안정화 시간 데이터를 축적하여 전류센서 및 출력소자의 고장 여부를 판단할 수 있도록 한 자기 베어링 제어장치, 제어방법 및 이를 이용한 고속회전용 모터를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 변위 센서 등의 고장시 회전축 회전 정지까지의 상태를 안정적으로 유지할 수 있도록 한 자기 베어링 제어장치, 제어방법 및 이를 이용한 고속회전용 모터를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 자기 베어링 제어장치는 다수의 출력소자에서 발생하는 전자기력으로 회전축을 부상시키는 자기 베어링; 상기 회전축의 변위를 감지하도록 제공된 적어도 하나의 변위센서; 및 상기 변위센서의 감지된 변위를 이용하여 상기 회전축의 위치를 제어하기 위해 상기 출력소자로 공급되는 전류공급을 제어하고, 상기 변위센서의 고장 여부를 판단하는 제어부;를 포함한다.
또한, 상기 변위센서는 상기 회전축과 인접하게 배치되어 상기 회전축의 변위를 위치에 따른 주기를 가진 구형파를 출력하는 포토커플러와, 상기 포토커플러에서 감지되는 상기 회전축 변위에 대한 구형파와 기준주파수와의 차이로 변환된 환산주파수로 변환하는 믹싱부와, 상기 믹싱부에서 변환된 환산주파수의 신호크기를 증폭하는 차동증폭기와, 상기 차동증폭기에 의해 증폭된 환산주파수의 노이즈를 제어하는 노이즈필터와, 상기 노이즈 필터에서 노이즈가 감소된 환산주파수를 위치에 따른 환산구형파로 변환하는 비교기와, 상기 비교기에서 변환된 환산구형파의 신호를 단순화하는 다중화기(MUX; multiplexer)와, 상기 다중화기에서 단순화된 신호를 디지털 신호로 출력하는 DSP(Digital Signal Processor) 입력포트를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 회전축이 설정된 위치에 부상된 상태를 유지하도록 상기 변위센서에서 감지된 변위에 따라 상기 출력소자로 공급되는 전류를 증감하여 전자기력을 조절할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 변위센서에 측정되는 상기 회전축의 위치에 따른 검출주파수가 0일 경우 상기 변위센서의 단선으로 판단하고, 상기 검출주파수가 허용주파수 외에 위치하면 상기 변위센서의 고장으로 판단할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 회전축의 부상완료시간 및 상기 회전축이 설정위치에 위치하는 안정화시간과, 상기 회전축의 부상에 소요되는 상기 출력소자의 전류값을 각각 기준부상완료시간, 기준안정화시간, 기준전류값의 데이터로 축적한 저장부를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 변위센서에서 측정되는 상기 회전축의 부상완료시간 및 상기 회전축이 설정위치에 위치하는 안정화시간을 측정하여 상기 저장부에 저장된 기준부상완료시간 및 상기 기준안정화시간과 비교하여 시간차이가 발생하는 경우 상기 출력소자 또는 상기 출력소자로 공급되는 전류를 측정하는 전류센서의 고장으로 판단하고, 상기 출력소자의 전류값을 측정하여 상기 저장부에 저장된 상기 기준전류값과 비교하여 전류량 차이가 발생하는 경우 상기 출력소자 또는 상기 전류센서의 고장으로 판단할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 변위센서 중 어느 하나 또는 상기 출력소자 중 어느 하나가 고장으로 판단되면, 상기 변위센서 또는 상기 출력센서의 나머지를 이용하여 상기 회전축이 현상태로 부상한 상태에서 정지하도록 제어할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 회전축이 정지하면 상기 회전축이 하강하도록 상기 출력소자를 제어할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 자기 베어링 제어방법은, 변위센서를 이용하여 회전축의 위치에 따른 주파수를 검출하는 검출단계; 상기 검출단계에서 검출된 주파수를 이용하여 상기 변위센서의 정상작동여부를 판단하는 변위센서 검사단계; 및 상기 검출단계에서 검출된 회전체의 변위에 따라 자기 베어링의 출력소자로 공급되는 전류를 제어하는 자기 베어링 구동단계;를 포함한다.
또한, 상기 변위센서 검사단계는 상기 회전축의 위치에 따른 검출주파수가 허용주파수 내에 위치하는지 판단하는 주파수 비교단계와, 상기 주파수 비교단계에서 상기 검출주파수가 0일 경우 상기 변위센서의 단선으로 판단하고, 상기 검출주파수가 허용주파수 외에 위치하면 상기 변위센서의 고장으로 판단하는 제1고장판단단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 자기 베어링 구동단계는 상기 회전축의 부상완료시간 및 상기 회전축이 설정위치에 위치하는 안정화시간과, 상기 회전축의 부상에 소요되는 상기 출력소자의 전류값을 각각 기준부상완료시간, 기준안정화시간, 기준전류값의 데이터로 축적하여 저장하는 데이터 생성단계와, 상기 변위센서에서 측정되는 상기 회전축의 부상완료시간 및 상기 회전축이 설정위치에 위치하는 안정화시간을 측정하여 상기 저장부에 저장된 기준부상완료시간 및 상기 기준안정화시간과 비교하여 시간차이가 발생하는 경우 상기 출력소자 또는 상기 출력소자로 공급되는 전류를 측정하는 전류센서의 고장으로 판단하는 제2고장판단단계와, 상기 출력소자의 전류값을 측정하여 상기 저장부에 저장된 상기 기준전류값과 비교하여 전류량 차이가 발생하는 경우 상기 출력소자 또는 상기 전류센서의 고장으로 판단하는 제3고장판단단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 자기 베어링 구동단계는 상기 변위센서에서 감지된 변위에 따라 상기 출력소자로 공급되는 전류를 증감하여 전자기력을 조절할 수 있다.
또한, 상기 자기 베어링 구동단계는 상기 변위센서 중 어느 하나 또는 상기 출력소자 중 어느 하나가 고장으로 판단되면, 상기 변위센서 또는 상기 출력센서의 나머지를 이용하여 상기 회전축이 현상태로 부상한 상태에서 정지하도록 제어할 수 있다.
또한, 상기 자기 베어링 구동단계는 상기 회전축이 정지하면 상기 회전축이 하강하도록 상기 출력소자를 제어할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 고속회전용 모터는 전자기력을 일으키는 고정자; 상기 고정자의 내측에 배치되며, 상기 전자기력에 의해 회전하는 회전축; 다수의 출력소자에서 발생하는 전자기력으로 상기 회전축이 상기 고정자와 일정 간격을 유지하도록 부상시키는 자기 베어링; 상기 회전축의 변위를 감지하도록 제공된 적어도 하나의 변위센서; 및 상기 변위센서의 감지된 변위를 이용하여 상기 회전축의 위치를 제어하기 위해 상기 출력소자에서 상기 자기 베어링으로 공급되는 전류를 제어하고, 상기 변위센서의 고장 여부를 판단하는 제어부;를 포함한다.
본 발명에 따르면, 회전축의 위치를 감지하는 변위센서의 고장 여부를 정확하게 판단할 수 있어, 변위센서가 고장난 상태로 회전축이 회전하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 본 발명은 변위센서가 항상 정상작동하므로 회전축의 위치를 정확하게 제어할 수 있고, 변위센서의 고장을 신속하게 파악할 수 있어 고장나지 않은 변위센서로만 자기 베어링을 작동하도록 제어하도록 하여 회전축이 회전과정에서 고정자 등과 충돌하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명은, 변위센서의 고장진단을 통해 변위센서가 신뢰성있게 작동할 수 있고, 이를 이용하여 회전축의 부상완료시간 및 안정화시간을 정상작동시 회전축의 부상완료시간 및 안정화시간과 비교하여 전류센서나 출력소자의 고장여부를 파악할 수 있어, 회전축의 오동작을 미연에 방지할 수 있다.
또한, 본 발명은, 변위 센서 등의 고장판단시 회전축을 안정적으로 정지하여 안착시킬 수 있어, 회전축의 충돌이나 오작동을 방지하고, 이로 인한 고장을 방지할 수 있다.
이와 같이, 본 발명은 변위센서의 고장여부를 정확하게 파악할 수 있어, 자기 베어링의 신뢰성을 향상시킬 수 있고, 고장을 미연에 방지할 수 있으며, 정밀제어가 가능하여 고속회전을 가능하게 하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 고속회전용 모터를 간략하게 도시한 단면도.
도 2의 (a)와 (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 고속회전용 모터에 적용된 자기 베어링 제어장치를 간략하게 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 베어링 제어장치의 변위센서를 도시한 블록도.
도 4의 (a)와 (b)는 회전축의 반경방향의 변위센서에 측정되는 회전축의 위치에 따른 주파수를 도시한 도면이고, (c)는 회전축의 축방향의 변위센서에 측정되는 회전축의 위치에 따른 주파수를 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 베어링 제어장치에 의해 제어되는 회전축의 제어범위를 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 베어링 제어방법의 블록도.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 베어링 제어방법을 도시한 플로우 차트.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 베어링 제어방법의 변위센서 검사단계의 플로우 차트.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 베어링 제어방법의 회전축 안정화상태를 판단하는 플로우 차트.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 베어링 제어방법의 전류센서 고장판단의 플로우 차트.
본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 하나의 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
이하 본 발명의 실시예에 따른 고속회전용 모터에 관하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 고속회전용 모터를 간략하게 도시한 단면도이다.
본 실시예의 고속회전용 모터(100)는 하우징(110)과, 고정자(130)와, 회전축(150)을 포함하며, 회전축(150)을 고속으로 회전시켜 구동력을 발생하는 장치이다.
하우징(110)은, 고속회전용 모터(100)의 외형을 형성하며 내부가 중공될 수 있다. 하우징(110)의 내부에 전류의 공급에 의해 전자기력을 일으키는 고정자(스테이터; stator)(130)가 설치될 수 있다.
고정자(130)는 다수의 폴이 형성된 코어를 포함하고, 각각의 폴에 코일이 권취된 형태로 제공될 수 있다. 고정자(130)는 전류의 공급에 의해 코일 및 폴에서 전자기력이 발생할 수 있다.
또한, 고정자(130)의 중앙부에는 회전축(150)이 회전가능하게 설치될 수 있다. 회전축(150)은 영구자석을 포함할 수 있으며, 고정자(130)에서 발생하는 전자기력에 의해 회전하며 구동력을 발생할 수 있다.
회전축(150)은, 고정자(130)와의 사이에 일정한 간격을 가진 상태로 회전하도록 배치되며, 이를 위해 회전축(150)은 물리적인 접촉없이 전자기력에 의해 위치 제어되는 자기 베어링(210)에 지지될 수 있다.
자기 베어링(210)은 회전축(150)을 반경방향으로 지지하는 레이디얼 베어링(212, 214) 과, 회전축(150)을 축방향으로 지지하는 스러스트 베어링(216)으로 구분될 수 있다.
스러스트 베어링(216)은, 회전축(150)의 단부에 반경방향으로 연장된 축지지 플레이트(156)를 사이에 두고 설치되어, 회전축(150)의 축방향으로 이동을 지지할 수 있다.
자기 베어링(210)은 다수의 출력소자를 구비하며, 이들 출력소자에서 발생하는 전자기력을 제어하여 회전축(150)을 부상시킬 수 있다.
또한, 고속회전용 모터(100)는 자기 베어링(210)이 회전축(150)을 정확한 위치에 부상시킬 수 있도록 회전축(150)의 변위를 감지하는 적어도 하나의 변위센서를 포함할 수 있다.
또한, 고속회전용 모터(100)는 변위센서에서 감지되는 회전축(150)의 변위를 이용하여 회전축(150)의 위치를 제어하기 위해 출력소자로 공급되는 전류를 제어하고, 변위센서의 고장 여부를 판단하는 제어부를 포함할 수 있다.
도 2의 (a)와 (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 고속회전용 모터에 적용된 자기 베어링 제어장치를 간략하게 도시한 도면이다.
도 2를 참고하면, 본 실시예의 자기 베어링 제어장치(200)는 회전축(150)의 적어도 양단을 지지하는 자기 베어링(210)을 포함하여 구성될 수 있다.
구체적으로 자기 베어링(210)은 반경 방향의 회전축(150) 위치를 제어하는 제1레이디얼 베어링(radial bearing)(212)과, 제2레이디얼 베어링(radial bearing)(214)을 포함할 수 있다.
또한, 자기 베어링(210)은 회전축(150)의 단부에 반경방향으로 연장형성된 축지지 플레이트의 전, 후면을 지지하여 회전축(150)이 축방향으로 이동하는 것을 제어하는 스러스트 베어링(thrust bearing)(216)을 포함할 수 있다.
또한, 제1, 제2레이디얼 베어링(212, 214) 및 스러스트 베어링(216)은 전류의 공급에 의해 전자기력을 발생하는 각각의 출력소자(213a, 215a, 217a) 및 출력소자의 전류를 측정하는 전류센서(213b, 215b, 217b)를 포함할 수 있고, 이 출력소자(213a, 215a, 217a)는 제어부(220)에 연결되어 전류 공급이 제어됨에 따라 회전축(150)의 부상을 제어할 수 있다.
또한, 자기 베어링 제어장치(200)는 회전축(150)에 인접하게 설치되는 다수의 변위센서(230)를 포함할 수 있다. 다수의 변위센서(230)는 회전축(150)의 변위를 측정할 수 있으며, 이를 이용하여 고정자와 이격된 간격을 측정할 수 있다.
변위센서(230)에서 측정된 회전축(150)의 변위는 제어부(220)로 전달되며, 제어부(220)를 이를 이용하여 제1, 제2레이디얼 베어링(214) 및 스러스트 베어링(216)의 출력소자(213a, 215a, 217a)를 제어하여 회전축(150)을 일정 위치로 위치 제어할 수 있다.
또한, 변위센서(230)는 제어부(220)와 연결되어 감지된 회전축(150)의 변위 정보를 전달할 수 있다.
제어부(220)는 변위센서(230)에서 감지된 변위를 이용하여 회전축(150)의 위치를 제어하기 위해 제1, 제2레이디얼 베어링(214) 및 스러스트 베어링(216)의 출력소자(213a, 215a, 217a)의 전류공급을 제어할 수 있다.
또한, 제어부(220)는 변위센서(230)의 감지된 변위를 이용하여 변위센서(230)의 고장 여부를 판단할 수 있다.
여기서, 변위센서(230)는 기존 전압 형태의 출력이 아닌 위치에 따른 주기를 가진 구형파로 출력할 수 있다.
구체적으로 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 베어링 제어장치의 변위센서를 도시한 블록도인 도 3을 참고하면, 변위센서(230)는 포토커플러(231)와, 믹싱부(232)와, 차동증폭기(234)와, 노이즈필터(235)와, 비교기(236)와, 다중화기(MUX; multiplexer)(237)와, DSP(Digital Signal Processor) 입력포트(238)를 포함할 수 있다.
포토커플러(231)는 회전축(150)의 일측에 근접되게 배치되어 회전축(150)의 변위를 위치에 따른 주기를 갖는 구형파로 출력할 수 있다.
또한, 포토커플러(231)는 믹싱부(232)와 연결될 수 있다. 믹싱부(232)는 포토커플러(231)에서 감지되는 회전축(150) 변위에 대한 구형파를 기준주파수와의 차이로 변환된 환산주파수로 변환할 수 있다. 기준주파수는 변위센서(230)에서 감지되는 구형파의 평균값일 수 있으며, 이 외에도 구형파의 변환을 용이하게 하기 위해 미리 설정된 값일 수 있다.
또한, 차동증폭기(234)는 믹싱부(232)와 연결되어, 믹싱부(232)에서 변환된 환산주파수의 신호크기를 증폭할 수 있고, 차동증폭기(234)에서 증폭된 신호는 노이즈필터(235)를 거치면서 노이즈가 제거될 수 있다.
또한, 노이즈필터(235)에서 노이즈가 감소한 환산주파수는 비교기(236)에서 위치에 따른 환산구형파로 변환될 수 있다.
또한, 비교기(236)에서 변환된 환산구형파는 다중화기(237)를 거치면서, 신호가 단순화될 수 있다. 일례로, 다중화기(237)는 토글 신호를 이용하여 2개의 신호를 1개의 신호로 단순화할 수 있다.
또한, 다중화기(237)에서 단순화된 신호는 DSP 입력포트(238)에 의해 디지털 신호로 출력될 수 있다.
또한, 제어부(220)는 변위센서(230)로부터 감지된 회전축(150)의 변위 정보에 따라 회전축(150)이 설정된 위치에 부상된 상태를 유지하도록 자기 베어링(210)의 출력소자(213a, 215a, 217a)로 공급되는 전류를 증감하여 전자기력을 조절할 수 있다.
한편, 본 실시예의 자기 베어링 제어장치(200)는 회전축(150)이 부상하지 않은 상태, 즉 고속회전용 모터(100)의 작동전에 변위센서(230)의 정상작동여부를 미리 판단할 수 있다.
자기 베어링 제어장치(200)는 회전축(150)이 부상하지 않은 상태에서, 변위센서(230)에서 측정되는 회전축(150)의 위치에 따른 검출주파수를 제어부(220)로 전달할 수 있고, 제어부(220)는 검출주파수가 0일 경우, 변위센서(230)가 회전축(150)의 위치를 정확하게 감지하지 못한다고 판단할 수 있으며, 예컨대 변위센서(230)가 단선 상태임으로 판단할 수 있다.
한편, 제어부(220)는 검출주파수가 허용주파수 외부 영역에서 검출되면 변위센서(230)의 고장으로 판단할 수 있다.
도 4의 (a)와 (b)는 회전축(150)의 반경방향의 변위센서(230)에 측정되는 회전축(150)의 위치에 따른 주파수를 도시한 도면이고, (c)는 회전축(150)의 축방향의 변위센서(230)에 측정되는 회전축(150)의 위치에 따른 주파수를 도시한 도면이다. 또한, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 베어링 제어장치에 의해 제어되는 회전축의 제어범위를 도시한 도면이다.
도 4 및 표 1을 참고하면, 변위센서(230)에서 측정되는 회전축(150)의 반경방향의 주파수 변동폭은 960kHz 내지 1060kHz로, 약 100kHz 정도의 범위에서 변동될 수 있다. 또한, 변위센서(230)에서 측정되는 축방향의 주파수 변동폭은 934kHz 내지 1035kHz로, 약 101kHz 정도의 범위에서 변동될 수 있다. 여기서, X1, X2는 제1레이디얼 베어링에 제공된 변위센서(232)의 측정값이고, Y1, Y2는 제2레이디얼 베어링에 제공된 변위센서(234)의 측정값이다.
구분(kHz) 최대(MAX) 최소(min) 범위(Range)
반경방향 X1 1060 978 1060-960=100
X2 1058 973
Y1 1046 972
Y2 1032 960
축방향 Thrust 1035 949 1035-934=101
speed 955 934
이와 같이 각 신호의 샘플링 주파수(sampling frequency)는 20kHz로 안정적으로 신호를 받기 위해서는 최소 50kHz 이상의 신호를 받아야 함을 알 수 있다. 또한, 안정적인 작동을 위해서는 20%의 안전률을 두어, 60kHz 이상의 신호를 받아야 한다.
또한, 반경방향 축방향 각각 최대, 최소 출력 주파수의 차이는 약 100kHz라 할 때, 20%의 안전율을 둘 경우, 출력주파수의 범위는 120kHz임을 알 수 있다.
또한, 상기한 출력주파수를 고려할 때, 도 5에 도시된 바와 같이, 고속회전용 모터(100)의 회전축(150)은, 직경(φ) 400㎛의 공간을 제어공간(D)에서 제어될 수 있으며, 이때 고정자와는 약 200㎛의 간격(d)를 갖도록 제어될 수 있다.
회전축(150)은 제어공간(D)에서 위치 제어될 때, 회전축(150) 변위에 대한 출력 주파수의 범위는 60 내지 180kHz임을 알 수 있다.
즉, 변위센서(230)에 측정되는 회전축(150)의 주파수는 회전축(150)의 제어범위의 최상부인 400㎛(중심축을 기준을 +200㎛)인 경우, 주파수는 180kHz로 표시될 수 있고, 회전축(150)의 제어범위 최하부인 0㎛(중심축을 기준을 -200㎛)인 경우, 주파수는 60kHz로 표시될 수 있다.
따라서, 제어부(220)는 변위센서(230)에 측정되는 회전축(150)의 주파수가, 60kHz 내지 180kHz 일 경우 정상작동으로 판단하며, 60kHz 미만이거나 180kHz를 초과할 경우 변위센서(230)를 고장상태로 판단할 수 있다.
제어부(220)는 변위센서(230)를 고장상태로 파악할 경우, 자기 베어링(210)의 구동 중단 지령을 제어할 수 있다.
전술된 바와 같이, 제어부(220)는 변위센서(230)의 고장상태를 판단하여 구동중단지령을 제어하는 것으로 설명하였으며, 그 외에도 전류센서(213b, 215b, 217b) 및 출력소자(213a, 215a, 217a)의 고장 여부를 판단하는 자기 베어링(210)의 작동을 제어하는 것도 가능하다.
구체적으로, 제어부(220)는 회전축(150)의 부상완료시간 및 회전축(150)이 설정위치에 위치하는 안정화시간과, 회전축(150)의 부상에 소요되는 출력소자(213a, 215a, 217a)의 전류값을 측정하고, 이와 같이 측정된 기준부상완료시간, 기준안정화시간, 기준전류값의 데이터로 저장하는 저장부를 더 포함할 수 있다. 회전축(150)의 부상완료시간 및 회전축(150)이 설정위치에 위치하는 안정화시간과, 회전축(150)의 부상에 소요되는 출력소자(213a, 215a, 217a)의 전류값은, 변위센서(230) 또는 출력소자(213a, 215a, 217a)에 마련되는 전류센서(213b, 215b, 217b)를 이용할 수 있다.
또한, 제어부(220)는 변위센서(230)에서 측정되는 회전축(150)의 부상완료시간 및 회전축(150)이 설정위치에 위치하는 안정화시간을 측정하고, 이를 저장부에 저장된 기준부상완료시간 및 상기 기준안정화시간의 데이터와 비교하여, 시간차이가 발생할 경우 출력소자(213a, 215a, 217a)의 전류공급을 제어하는 전류센서(213b, 215b, 217b)의 고장으로 판단할 수 있다.
또한, 제어부(220)는 출력소자(213a, 215a, 217a)의 전류값을 측정하여 저장부에 저장된 기준전류값과 비교하여 전류량 차이가 발생하는 경우 출력소자(213a, 215a, 217a)의 고장으로 판단할 수 있다.
한편, 본 실시예에서 제어부(220)는 변위센서(230) 중 어느 하나 또는 출력소자(213a, 215a, 217a) 중 어느 하나가 고장으로 판단되면, 변위센서(230) 또는 출력센서 중 정상작동하는 나머지를 이용하여 회전축(150)이 설정위치에 부상한 상태에서 정지하도록 출력소자(213a, 215a, 217a)를 제어할 수 있다.
제어부(220)는, 변위센서(230) 또는 출력소자(213a, 215a, 217a)의 고장여부를 판단할 수 있고, 따라서 이를 이용하여 변위센서(230) 또는 출력소자(213a, 215a, 217a)가 고장상태라고 파악되면, 회전축(150)을 정지시키도록 지령을 내려서, 회전축(150)의 불완전한 회전작동으로 인한 고장을 방지할 수 있다.
또한, 제어부(220)는 회전축(150)의 정지가 완료되면, 회전축(150)을 하강하도록 출력소자(213a, 215a, 217a)를 제어할 수 있다. 회전축(150)은 완전히 정지된 상태에서, 고정자(130)의 바닥에 안정적으로 하강될 수 있다.
전술된 바와 같이 구성된 자기 베어링 제어장치를 제어하는 자기 베어링 제어방법을 살펴보면 다음과 같다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 베어링 제어방법의 블록도이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 베어링 제어방법을 도시한 플로우 차트이다.
도 6과 도 7을 참고하면, 본 실시예의 자기 베어링 제어방법은, 검출단계와, 변위센서 검사단계 및 자기 베어링 구동단계를 포함할 수 있다.
먼저, 자기 베어링 제어방법은, 고속회전용 모터(100)가 작동하기 전 회전축(150)의 위치를 감지하는 검출단계를 포함할 수 있다.
검출단계는 변위센서(230)를 이용하여 회전축(150) 위치를 감지하고, 회전축(150) 위치에 따른 주파수를 생성할 수 있다. 검출단계는 변위센서(230)에서 생성된 주파수에 따라 회전축(150) 위치를 검출할 수 있다(S11 참조).
검출단계에서 회전축(150)의 위치에 따른 주파수가 검출되면, 변위센서 검사단계가 진행될 수 있다.
변위센서 검사단계는 변위센서(230)의 검출된 주파수를 비교하여 변위센서(230)의 정상작동여부를 판단할 수 있다(S21 참조).
변위센서 검사단계에서 변위센서(230)가 정상이 아니라고 판단될 경우, 변위센서(230)의 고장 위치를 파악하고, 고장난 변위센서(230)를 교체할 수 있다(S22 참조).
한편, 변위센서 검사단계에서 변위센서(230)가 정상이라고 판단될 경우, 자기 베어링 구동단계가 진행될 수 있다.
자기 베어링 구동단계는 출력소자(213a, 215a, 217a)의 전류공급을 제어하여 회전축(150)을 부상시킬 수 있다(S31 참조).
한편, 자기 베어링 구동단계는 회전축(150)을 부상시킬 때, 부상완료시간 및 부상안정화시간을 측정하고, 회전축(150)의 부상완료시간 및 회전축(150)이 설정위치에 위치하는 안정화시간과, 회전축(150)의 부상에 소요되는 출력소자(213a, 215a, 217a)의 전류값을 각각 기준부상완료시간, 기준안정화시간, 기준전류값의 데이터로 축적하여 저장하는 데이터 생성단계를 포함할 수 있다.
또한, 자기 베어링 구동단계는 데이터 생성단계에서 생성되어 저장부에 저장된 기준부상완료시간, 기준안정화시간을 변위센서(230)에서 실시간으로 측정되는 부상완료시간, 안정화시간과 비교하여 시간차이가 발생하는 경우 출력소자(213a, 215a, 217a) 또는 출력소자(213a, 215a, 217a)로 공급되는 전류를 측정하는 전류센서(213b, 215b, 217b)의 고장으로 판단하는 제2고장판단단계를 포함할 수 있다.
제2고장판단단계는 부상완료시간 또는 부상안정화시간이 기준시간보다 길 경우, 출력소자(213a, 215a, 217a) 또는 전류센서(213b, 215b, 217b)를 고장상태로 판단할 수 있다.
또한, 자기 베어링 구동단계는 제3고장판단단계를 포함할 수 있다.
제3고장판단단계는, 출력소자(213a, 215a, 217a)의 전류값을 측정하여 저장부에 저장된 기준전류값과 비교하여 전류량의 차이가 발생하는 경우, 출력소자(213a, 215a, 217a) 또는 전류센서(213b, 215b, 217b)를 고장상태로 판단할 수 있다(S32 참조).
출력소자(213a, 215a, 217a) 또는 전류센서(213b, 215b, 217b)가 고장으로 판단되면, 고장으로 판단된 출력소자(213a, 215a, 217a)를 교체할 수 있다(S33 참조).
한편, 측정된 부상안정화시간이 정상으로 판단되면, 회전축(150)을 회전시킬 수 있다(S34 참조).
또한, 회전축(150)이 회전하면, 출력소자(213a, 215a, 217a)로 공급되는 전류를 측정하는 전류센서(213b, 215b, 217b)가 정상인지 판단할 수 있다(S35 참조).
여기서, 전류센서(213b, 215b, 217b)가 정상이라고 판단되면, 정상적인 작동을 진행하게 되며, 작동이 완료되면 회전축(150)의 회전을 정지하고, 회전축(150)의 정지가 확인되면 회전축(150)을 하강하여 안착시킬 수 있다 한편, 전류센서(213b, 215b, 217b)가 정상이라고 판단되면, 정상적인 작동을 진행하게 되며, 작동이 완료되면 회전축(150)의 회전을 정지하고, 회전축(150)의 정지가 확인되면 회전축(150)을 하강하여 안착시킬 수 있다(S36, S37, S38 참조).
한편, 전류센서(213b, 215b, 217b)가 정상이 아니라고 판단될 경우, 전류센서(213b, 215b, 217b)의 고장위치를 확인하고, 회전축(150)의 회전을 정지하라는 지령을 내린다(S39 참조). 그리고, 회전축(150)의 정지가 이루어지는 동안 해당 위치의 전류 출력을 정적으로 유지하며, 회전축(150)이 안정적으로 부상된 상태에서 정지되도록 감속한다(S40 참조). 그리고, 회전축(150)의 정지가 확인되면 회전축(150)을 하강하여 안착시킬 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 베어링 제어방법의 변위센서 검사단계의 플로우 차트이다.
도 8을 참고하여 변위센서 검사단계를 더욱 상세히 설명한다.
변위센서 검사단계는 검출단계에서 검출된 회전축(150)의 위치에 따른 검출주파수가 허용주파수 내에 위치하는지 판단하는 주파수 비교단계를 포함할 수 있다.
또한, 주파수 비교단계에서 회전축(150) 위치에 따른 주파수가 비교되면 이를 근거하여 변위센서(230)의 고장을 판단하는 제1고장판단단계가 진행될 수 있다.
제1고장판단단계는, 검출주파수가 0일 경우 변위센서(230)는 구형파 입력 상태 불량으로, 주파수를 카운팅할 수 없는 상태이다(S211 참조). 이러한 상태에 대해 제1고장판단단계는 변위센서(230)의 단선으로 판단하고, 변위센서(230)의 고장위치를 확인한 후 변위센서(230)를 교체할 수 있다(S212, S213 참조).
다음으로, 검출주파수가 0이 아닐 경우, 검출주파수가 60kHz 이상인지 확인한다(S214 참조).
이때, 검출주파수가 60kHz 미만일 경우, 회전축(150)이 설정된 최대 제어범위의 하한값을 벗어난 것으로 판단할 수 있으며, 이러한 상태에 대해 제1고장판단단계는 변위센서(230)의 고장으로 판단하고, 변위센서(230)의 고장위치를 확인한 후 변위센서(230)를 교체할 수 있다(S213, S215 참조).
다음으로, 검출주파수가 180kHz 이하인지 확인한다(S216 참조).
이때, 검출주파수가 180kHz 초과일 경우, 회전축(150)이 설정된 최대 제어범위의 상한값을 벗어난 것으로 판단할 수 있으며, 이러한 상태에 대해 제1고장판단단계는 변위센서(230)의 고장으로 판단하고, 변위센서(230)의 고장위치를 확인한 후 변위센서(230)를 교체할 수 있다(S213, S217 참조).
한편, 제1고장판단단계는 변위센서(230)의 검출주파수가 60kHz 내지 180kHz에서 검출될 경우, 변위센서(230)를 정상상태로 판단할 수 있다(S218 참조).
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 베어링 제어방법의 회전축 안정화상태를 판단하는 플로우 차트이다.
도 9를 참고하여, 자기 베어링 구동단계에서 회전축(150)의 부상안정화 상태를 판단하고, 부상상태를 통해 출력소자(213a, 215a, 217a)와 전류센서(213b, 215b, 217b)의 고장상태를 판단하는 방법을 설명하면 다음과 같다.
변위센서(230)가 정상작동할 경우, 고속회전용 모터(100)는 제어부(220)에서 회전축(150) 부상 지령을 내리게 되고, 이에 따라 출력소자(213a, 215a, 217a)로 전류를 공급하여 회전축(150) 부상시킨다(S31 참조).
이때, 회전축(150)이 설정된 최적 제어범위로 부상하기까지를 다수의 단계, 예컨대 10단계로 나누고, 회전축(150)이 각 단계의 주기마다 일정한 거리를 이동하여 부상되도록 제어한다.
예컨대, 회전축(150)이 안착상태에서, 설정된 최적 제어범위로 부상하기까지의 거리가 200㎛일 경우, 10단계로 나뉜 각 주기마다 약 10㎛ 정도 부상되었는지 확인한다.
즉, 회전축(150)은 설정된 최적 제어범위로 부상되었을 때의 위치를 기준위치(0, 0) 이라 할 때, 제1제어주기에서 변위센서(230)에 감지되는 회전축(150)의 위치가 제1위치(0, -180)인지 판단한다(S321 참조).
이때, 회전축(150)의 위치가 제1위치가 아닐 경우, 회전축(150)의 부상이 실패했다고 판단하고, 전류센서(213b, 215b, 217b) 또는 출력센서의 고장위치를 확인한 후, 고장난 전류센서(213b, 215b, 217b) 또는 출력센서를 교체할 수 있다(S322, S323 참조).
다음으로, 제2제어주기에서 변위센서(230)에 감지되는 회전축(150)의 위치가 제2위치(0, -160)인지 판단한다(S324 참조).
이때, 회전축(150)의 위치가 제2위치가 아닐 경우, 회전축(150)의 부상이 실패했다고 판단하고, 전류센서(213b, 215b, 217b) 또는 출력센서의 고장위치를 확인한 후, 고장난 전류센서(213b, 215b, 217b) 또는 출력센서를 교체할 수 있다(S322, S323 참조).
전술된 과정을 단계적으로 거쳐서 각 제어주기에 대한 회전축(150)의 위치를 감지하고, 회전축(150)의 부상이 실패했다고 판단하면, 전류센서(213b, 215b, 217b) 또는 출력센서의 고장위치를 확인한 후, 고장난 전류센서(213b, 215b, 217b) 또는 출력센서를 교체할 수 있다(S322, S323 참조).
그리고, 마지막으로 제10제어주기에서 변위센서(230)에 감지되는 회전축(150)의 위치가 제10위치(0, 0)인지 판단한다(S325 참조).
이때, 회전축(150)의 위치가 제10위치가 아닐 경우, 회전축(150)의 부상이 실패했다고 판단하고, 전류센서(213b, 215b, 217b) 또는 출력센서의 고장위치를 확인한 후, 고장난 전류센서(213b, 215b, 217b) 또는 출력센서를 교체할 수 있다(S322, S323 참조).
한편, 제1제어주기에서, 회전축(150)이 제10위치에 위치된 것으로 판단되면, 회전축(150)의 부상이 정상적으로 이루어졌다고 판단한다.
그리고, 회전축(150)의 부상이 정상적으로 완료되면, 회전축(150)이 회전가능한 상태라는 지령을 내리고, 회전축(150)을 회전시킬 준비를 완료할 수 있다(S326 참조).
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 베어링 제어방법의 전류센서 고장판단의 플로우 차트이다.
도 10을 참고하여, 자기 베어링 구동단계에서 회전축(150)이 부상된 상태에서 고장상태를 판단하는 방법을 설명하면 다음과 같다.
고속회전용 모터(100)는, 회전축(150)이 부상된 상태에서 회전하거나, 부상이 완료된 상태에서도 센서 및 기타 요인으로 고장이 발생할 수 있으므로, 회전축(150)이 회전하거나 부상된 상태에서도 계속적으로 고장여부를 판단하게 되며, 고장으로 판단될 경우 회전축(150)을 정지시켜 안착할 필요가 있다.
이를 위해, 자기 베어링 구동단계는 회전축(150) 회전 또는 부상상태에서, 변위센서(230), 출력소자(213a, 215a, 217a), 전류센서(213b, 215b, 217b) 등의 고장을 판단할 수 있다(S391 참조).
그리고, 변위센서(230), 출력소자(213a, 215a, 217a), 전류센서(213b, 215b, 217b) 등의 고장이 판단되면, 회전축(150)의 회전을 중지하도록 정지 지령을 내린다(S392 참조).
그리고, 변위센서(230), 출력소자(213a, 215a, 217a), 전류센서(213b, 215b, 217b) 등에서 고장으로 판단된 센서를 제외한 나머지 센서들을 이용하여 회전축(150)이 현상태의 위치를 유지하도록 전류출력을 제어하며, 회전축(150)이 완전히 정지되도록 제어한다(S393, S394 참조).
다음으로, 회전축(150)이 완전히 정지하면 회전축(150)이 하강하여 안착되도록 출력소자(213a, 215a, 217a)를 제어한다(S395 참조).
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
100: 고속회전용 모터
130: 고정자
150: 회전축
200: 자기 베어링 제어장치
210: 자기 베어링
220: 제어부
230: 변위센서

Claims (14)

  1. 다수의 출력소자에서 발생하는 전자기력으로 회전축을 부상시키는 자기 베어링;
    상기 회전축의 변위를 감지하도록 제공된 적어도 하나의 변위센서; 및
    상기 변위센서의 감지된 변위를 이용하여 상기 회전축의 위치를 제어하기 위해 상기 출력소자로 공급되는 전류공급을 제어하고, 상기 변위센서의 고장 여부를 판단하는 제어부;
    를 포함하고,
    상기 제어부는
    모터의 작동 전 상기 변위센서에 측정되는 상기 회전축의 위치에 따른 검출주파수가 0일 경우 상기 변위센서의 단선으로 판단하고, 상기 검출주파수가 허용주파수 외에 위치하면 상기 변위센서의 고장으로 판단하며,
    상기 제어부는
    상기 변위센서에서 측정되는 상기 회전축의 부상완료시간 및 상기 회전축이 설정위치에 위치하는 안정화시간을 측정하고, 상기 부상완료시간 및 상기 안정화시간을 미리 저장된 기준부상완료시간 및 기준안정화시간과 비교하여 시간차이가 발생하는 경우 상기 출력소자의 고장 또는 상기 출력소자로 공급되는 전류를 측정하는 전류센서의 고장으로 판단하고,
    상기 제어부는
    상기 출력소자의 전류값을 측정하고, 상기 전류값을 미리 저장된 기준전류값과 비교하여 전류량 차이가 발생하는 경우 상기 출력소자의 고장 또는 상기 전류센서의 고장으로 판단하는 자기 베어링 제어장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 변위센서는
    상기 회전축과 인접하게 배치되어 상기 회전축의 변위를 위치에 따른 주기를 가진 구형파로 출력하는 포토커플러와,
    상기 포토커플러에서 감지되는 상기 회전축 변위에 대한 구형파와 기준주파수와의 차이로 변환된 환산주파수를 생성하는 믹싱부와,
    상기 믹싱부에서 변환된 환산주파수의 신호크기를 증폭하는 차동증폭기와,
    상기 차동증폭기에 의해 증폭된 환산주파수의 노이즈를 제어하는 노이즈필터와,
    상기 노이즈필터에서 노이즈가 감소된 환산주파수를 위치에 따른 환산구형파로 변환하는 비교기와,
    상기 비교기에서 변환된 환산구형파의 신호를 단순화하는 다중화기(MUX; multiplexer)와,
    상기 다중화기에서 단순화된 신호를 디지털 신호로 출력하는 DSP(Digital Signal Processor) 입력포트를 포함하는 자기 베어링 제어장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 회전축이 설정된 위치에 부상된 상태를 유지하도록 상기 변위센서에서 감지된 변위에 따라 상기 출력소자로 공급되는 전류를 증감하여 전자기력을 조절하는 자기 베어링 제어장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 변위센서, 상기 출력소자 및 상기 전류센서 중 적어도 하나가 고장으로 판단되면, 상기 변위센서 또는 상기 출력소자의 나머지를 이용하여 상기 회전축이 현상태로 부상한 상태에서 정지하도록 제어하는 자기 베어링 제어장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 회전축이 정지하면 상기 회전축이 하강하도록 상기 출력소자를 제어하는 자기 베어링 제어장치.
  8. 변위센서를 이용하여 회전축의 위치에 따른 주파수를 검출하는 검출단계;
    상기 검출단계에서 검출된 주파수를 이용하여 상기 변위센서의 정상작동여부를 판단하는 변위센서 검사단계; 및
    상기 검출단계에서 검출된 회전체의 변위에 따라 전류센서를 이용하여 자기 베어링의 출력소자로 공급되는 전류를 제어하는 자기 베어링 구동단계;
    를 포함하고,
    상기 변위센서 검사단계는
    상기 회전축의 위치에 따른 검출주파수가 허용주파수 내에 위치하는지 판단하는 주파수 비교단계와,
    상기 주파수 비교단계에서 모터의 작동 전 상기 검출주파수가 0일 경우 상기 변위센서의 단선으로 판단하고, 상기 검출주파수가 허용주파수 외에 위치하면 상기 변위센서의 고장으로 판단하는 제1고장판단단계를 포함하고,
    상기 자기 베어링 구동단계는
    상기 회전축의 부상완료시간 및 상기 회전축이 설정위치에 위치하는 안정화시간과, 상기 회전축의 부상에 소요되는 상기 출력소자의 전류값을 각각 기준부상완료시간, 기준안정화시간, 기준전류값의 데이터로 축적하여 저장하는 데이터 생성단계와,
    상기 변위센서에서 측정되는 상기 회전축의 부상완료시간 및 상기 회전축이 설정위치에 위치하는 안정화시간을 측정하여 미리 저장된 기준부상완료시간 및 기준안정화시간과 비교하여 시간차이가 발생하는 경우 상기 출력소자의 고장 또는 상기 전류센서의 고장으로 판단하는 제2고장판단단계와,
    상기 출력소자의 전류값을 측정하여 미리 저장된 기준전류값과 비교하여 전류량 차이가 발생하는 경우 상기 출력소자의 고장 또는 상기 전류센서의 고장으로 판단하는 제3고장판단단계를 포함하는 자기 베어링 제어방법.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제8항에 있어서, 상기 자기 베어링 구동단계는
    상기 변위센서에서 감지된 변위에 따라 상기 출력소자로 공급되는 전류를 증감하여 전자기력을 조절하는 자기 베어링 제어방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 자기 베어링 구동단계는
    상기 변위센서, 상기 출력소자 및 상기 전류센서 중 적어도 하나가 고장으로 판단되면, 상기 변위센서 또는 상기 출력소자의 나머지를 이용하여 상기 회전축이 현상태로 부상한 상태에서 정지하도록 제어하는 자기 베어링 제어방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 자기 베어링 구동단계는
    상기 회전축이 정지하면 상기 회전축이 하강하도록 상기 출력소자를 제어하는 자기 베어링 제어방법.
  14. 전자기력을 일으키는 고정자;
    상기 고정자의 내측에 배치되며, 상기 전자기력에 의해 회전하는 회전축;
    다수의 출력소자에서 발생하는 전자기력으로 상기 회전축이 상기 고정자와 일정 간격을 유지하도록 부상시키는 자기 베어링;
    상기 회전축의 변위를 감지하도록 제공된 적어도 하나의 변위센서; 및
    상기 변위센서의 감지된 변위를 이용하여 상기 회전축의 위치를 제어하기 위해 상기 출력소자에서 상기 자기 베어링으로 공급되는 전류를 제어하고, 상기 변위센서의 고장 여부를 판단하는 제어부;
    를 포함하고,
    상기 제어부는 상기 회전축의 부상완료시간 및 상기 회전축이 설정위치에 위치하는 안정화시간과, 상기 회전축의 부상에 소요되는 상기 출력소자의 전류값을 각각 기준부상완료시간, 기준안정화시간, 기준전류값의 데이터로 축적한 저장부를 더 포함하고,
    상기 제어부는
    모터의 작동 전 상기 변위센서에 측정되는 상기 회전축의 위치에 따른 검출주파수가 0일 경우 상기 변위센서의 단선으로 판단하고, 상기 검출주파수가 허용주파수 외에 위치하면 상기 변위센서의 고장으로 판단하며,
    상기 제어부는 상기 변위센서에서 측정되는 상기 회전축의 부상완료시간 및 상기 회전축이 설정위치에 위치하는 안정화시간을 측정하여 상기 저장부에 저장된 기준부상완료시간 및 상기 기준안정화시간과 비교하여 시간차이가 발생하는 경우 상기 출력소자 또는 상기 출력소자로 공급되는 전류를 측정하는 전류센서의 고장으로 판단하고, 상기 출력소자의 전류값을 측정하여 상기 저장부에 저장된 상기 기준전류값과 비교하여 전류량 차이가 발생하는 경우 상기 출력소자 또는 상기 전류센서의 고장으로 판단하는 고속회전용 모터.
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