우리나라의 백색가전 산업은 1960년대 말 시작된 이후 현재에 이르러는 국내는 물론 전 세계 시장에서도 높은 점유율을 기록하고 있다. 3대 백색가전 제품인 세탁기, 냉장고, 에어컨 기준 연간 수천만 대에 이르는 국내 가전 업체들의 생산량을 고려하면, 백색가전 산업에서의 모터 및 인버터 생산량은 타 산업 대비 압도적인 수량이다. 세탁기, 냉장고, 에어컨뿐만 아니라 건조기, 청소기, 식기세척기 등 거의 모든 가전제품에서 1개 혹은 그 이상의 모터들의 구동으로 제품의 주요기능들이 작동되고 있으므로 모터 및 모터 드라이브 기술은 제품의 성능과 가격 경쟁력을 결정하는 중요한 부분이라고 할 수 있다. 본 글에서는 백색가전 제품의 주요 제품군들 내에서 사용되고 있는 모터 드라이브 기술의 특징을 소개하고자 한다.
본 논문에서는 다양한 실시간 이더넷 프로토콜에 쉽게 적용할 수 있는 폐루프 스테핑 모터 드라이브를 개발하는 방법을 제안한다. 제안 방법은 다양한 유형의 실시간 이더넷 프로토콜에 공용으로 재사용할 수 있는 모터 드라이브 모듈과 각 실시간 이더넷 프로토콜마다 개발되는 통신 인터페이스 모듈로 나누어진다. 또한 계층적 구조를 사용하여 모션 제어알고리즘을 다양한 실시간 이더넷 프로토콜과 모션 프로파일에 독립적으로 재사용할 수 있도록 하였다. 제안하는 방법을 검증하기 위해 EtherCAT 및 Mechatrolink III를 활용하여 폐루프 모터 드라이브를 개발하였으며, 실시간 이더넷 기반에서 정상적으로 제어되는 것을 확인하였다. 개발한 EtherCAT 및 Mechatrolink III의 실시간 통신 성능을 확인하기 위해 Cycle time을 측정하였으며, 그 결과 32개의 모터 드라이브를 연결한 경우 EtherCAT이 Mechatrolink III 보다 7.5배 정도 더 빠른 것을 확인하였다.
과거 볼베어링을 이용하던 하드 디스크 드라이브(HDD: Hard Disk Drive)의 스핀들 모터는 유체 동역학 베어링(FDB: Fluid Dynamic Bearing) 장착으로 저전력 소비 및 고속 구동이 가능하게 되었다. 하드 디스크 드라이브에서 스핀들 모터의 제어는 주된 읽기 쓰기 동작을 위한 가장 기본적인 제반 여건이며, 단위 면적당 데이터(BPI)가 증가함에 따라서 스핀들 모터의 제어 성능은 드라이브 성능과 직결되는 더욱 중요한 인자중의 하나가 되었다. 본 논문에서는 스핀들 모터의 샘플링 주기를 기존 대비 4배 증가하여 제어 성능 향상하는 4배속 스핀들 모터 제어 방법을 제시하고 있다.
본 연구에서는 표면근전도 측정기 기반의 재활의료기기의 설계 및 구현에 관한 내용을 기술한다. 재활시스템은 BLDC모터와 모터 드라이브를 이용하여 제어된다. BLDC모터 드라이브는 동작제어를 하며, 속도는 외부 서보모터를 통해 드라이브를 제어한다. 또한 모터 외부에 결합된 포텐쇼미터는 모터에 의해 회전하는 부하 위치 정보를 전달한다. 재활 알고리즘은 환자가 일정 각도 범위에서 주기적인 수축 이완 재활운동을 속도단계별로 실행하며 재활운동 시 사용자 설정 단계에 따른 모터를 활용하여 $0{\sim}120[^{\circ}]$의 최대각도로 제한하여 제어한다. 보행 알고리즘은 양쪽 안쪽넓은근에 부착된 표면근전도 측정기로 획득한 신호의 차이 값을 이용하여 근전도 신호가 낮은 다리에 모터제어로 보상해주며 보행운동 시 모터와 표면근전도 측정기를 활용하여 $0{\sim}88[^{\circ}]$의 최대각도로 제한하여 제어한다.
1980년초 미국 실리콘 밸리 소재 시게이트사에 의해 5메가 바이트 용량의 개인 컴퓨터용 하드 디스크 드라이브(HDD)가 처음 소개된 이후, HDD 개발 기술은 꾸준한 성장을 거듭하였다. 최근 인터넷의 보급으로 엄청나게 많은 정보저장용량을 요구하게 되었으며, 정보저장기기에 대한 폭발적인 수요에 부합하고 있는 기기중의 하나가 HDD이다. 드라이브에서 스핀들 모터의 제어는 주된 읽기 쓰기 동작을 위한 가장 기본적인 제반 여건이며, 단위 면적당 데이터(BPI)가 증가함에 따라서 스핀들 모터의 제어 성능은 드라이브 성능과 직결되는 더욱 중요한 인자중의 하나가 되었다. 본 논문에서는 스핀들 모터의 제어 성능 향상을 위해 스핀들 모터의 출력 이득을 조정하여 제어 분해능을 향상시키는 방법을 제시하고 있다.
본 논문은 BLDC 팬모터의 속도제어 선형성(linearity)에 관한 것이다. PWM으로 모터의 속도를 제어할 때에 입력 duty cycle이 증가함에 따라 모터 속도가 선형적으로 증가하지 않는 문제가 발생한다. 모터를 구동하는 드라이브 IC의 출력 PWM duty cycle을 속도제어의 입력값에 해당하는 입력 PWM duty cycle과 비선형적으로 출력함으로써, 모터 속도의 입력 PWM duty cycle에 대해 선형성을 향상시켰다. 또한, 비휘발성 메모리에 설정값을 저장하여 선형성 정도를 조절가능하도록 하였다. 0.35um CMOS 공정으로 단상 BLDC 모터 드라이브 IC를 설계 및 제작하고, 모터 샘플을 이용하여 PWM 입력 duty cycle과 모터 속도와의 선형성 정도를 측정하였다.
본 논문에서는 TI(Texas Instruments)사의 DSP칩 TMS320F240을 이용한 벡터드라이브 설계를 한다. TMS320F240은 서보모터드 라이브에 적합하게 상품화 된 칩으로 산업용 로봇제어에 필요한 대부분의 주변회로를 포함하고 있다. 이를 이용해서 제어기를 구성하면 적은 비용으로 신뢰성 높은 제어기를 구성할 수 있다. 드라이브는 크게 제어회로부와 파워회로부로 나누어서 설계했으며, AC서보모터에 벡터제어로 실제적용을 했다.
최근 화석연료의 연소로 인해 발생되는 이산화탄소에 의한 환경오염이 크게 대두가 되고 있으며, 특히나 내연기관 자동차의 배출가스는 이산화탄소의 배출량이 매우 높은 실정이다. 따라서 정부에서는 친환경자동차 분야를 하나의 성장사업으로 선정하였으며, 이에 대한 많은 연구 개발이 진행 중에 있다. 본 논문에서는 출퇴근용으로 사용할 수 있는 근거리 전기자동차용 10kW급 BLDC 모터 제어기 개발에 대하여 제안을 한다. 제안된 근거리 전기자동차용 10kW급 BLDC 모터 드라이브 제어기는 한정된 공간 및 배터리 전원에서도 고토크, 고출력, 고효율, 경량화의 장점을 가지도록 개발을 하였다. 또한, BLDC 모터는 회전자 위치 정보가 필수적으로 요구되기 때문에 다양한 위치 센서를 사용할 수 있도록 홀센서, 엔코더, 레졸버를 사용할 수 있도록 모터제어기를 개발 하였다. 제안된 방식의 타당성 검증을 위해 PSIM을 이용하여 시뮬레이션 수행하였으며, 10kW급 BLDC 모터 드라이브 제어기를 제작하여 성능을 검증하였다.
본 고에서는 산업용 제어장치로 그 응용범위가 확장되고 있는 서보시스템의 기술발전과정과 전동력 출력용량을 기준으로 적용가능 한 산업분야를 도시했고 시장으로부터 서보시스템에 요구되는 내용과 이에 대응하는 기술개발방향을 설명하였다. 관련기술 발전추이 코너를 통해 단위 자동화시스템을 구성하는 요소 주제인 서보드라이브, 영구자석모터 및 정밀센서분야의 기술발전 동향을 설명하였으며, 특히 대용량형 영구자석모터 개발과정에서 요구되는 기술상의 특징을 정리했고, 세부 설계기술인 전자기해석, 구조설계, 발열억제 및 시험평가분야에 대해 설명과 적용 사례를 나타냈다. 사출성형기를 대상으로 대형 서보모터의 실증사례를 보였고 유압하이브리드 방식과의 차별성을 소개했다. 향후 서보모터와 드라이브에 있어서의 기술 발전 방향에 대해 간략히 기술하였다.
서보 모터 및 드라이브는 일반산업기계, 반도체 장비, 공작기계, 산업용 로봇 등 산업 자동화 기술의 핵심요소이다. 국내에서는 1990년을 기점으로 대기업을 주축으로 서보 장치 개발이 시작되었으며, 일부 대학과 중소기업의 참여가 이루어져왔다 하지만 IMF이후 국내 서보기술 투자여건 변화와 선진제품의 꾸준한 시장잠식에 의해 외국산 서보제품이 국내시장의 대부분을 차지하고 있다. 〔그림 1〕. 이에 국내제품의 품질 및 기술력 향상을 통해 산업기반요소인 서보 시장에서 경쟁력을 갖춘 고 정밀 서보 시스템 개발이 요구되고 있다. 본고에서는 회전형 서보 모터 및 드라이브에 국한하여 국내 서보관련 제조업체 및 서보기술의 현황을 파악하여, 국내 서보 시스템의 발전 방향을 모색하는데 일조 하고자 국내 서보 제조업 체들의 홈페이지를 소개하고자 한다.(중략)
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[게시일 2004년 10월 1일]
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