JP2014103836A - モータ駆動制御装置、モータ駆動制御方法及びこれを利用したモータ - Google Patents

Abstract

【課題】本発明はモータ駆動制御装置、モータ駆動制御方法及びこれを利用したモータに関する。
【解決手段】本発明の一具現例によるモータ駆動制御装置は駆動信号生成部、速度検出部及び制御部を含む。上記駆動信号生成部はモータの駆動信号を生成する。上記速度検出部は上記モータの回転速度を検出する。上記制御部は上記回転速度を利用して瞬間速度と平均速度を確認し、上記瞬間速度と上記平均速度を比べて上記モータに対する異常状態の発生を判断する。
【選択図】図２

Description

本発明はモータの駆動信号の変化有無と、モータの平均速度及び現在速度の差を利用してモータの異常状態の発生を判断することで、モータの異常状態を早く検知することができるモータ駆動制御装置、モータ駆動制御方法及びこれを利用したモータに関する。

モータ技術が発展するにつれ、幅広い技術分野で多様なサイズのモータが用いられている。

一般的に、モータは、永久磁石と印加電流により極性を変えるコイルを利用して回転子（Ｒｏｔｏｒ）を回転させることで駆動される。最初のモータは、回転子にコイルを備えたブラシタイプのモータであったが、モータの駆動によりブラシが摩耗したり、スパークが発生するなどの問題点があった。これにより、最近では、多様な形態のブラシレスモータが汎用的に用いられている。ブラシレスモータは、回転子として永久磁石を利用し、複数のコイルを固定子に備えて回転子の回転を誘導する方式である。

このようなモータの場合、モータの回転によって外部から異物が流入されることがあり、このような異物が流入される場合、モータの制御上にエラーが発生することがあるという問題点がある。

ファンモータを例に挙げて説明すると、モータの回転により埃が入ったり、詰まることによってモータのブレードの圧力に変化が生じる。これにより所望する制御速度ではなく、外部影響により速度が可変的に変化し、モータの性能が劣化したり、発熱が発生するなどの問題が生じる恐れがある。

下記の先行技術文献はこのようなモータ制御に関するものであるが、上述した外部異物の流入によるエラーを確認することができる技術は開示していない。

韓国公開特許公報第２００５−００３５４５１号 韓国公開特許公報第２００６−００５４６２７号

本発明の課題は、上記従来技術の問題点を解決するためのもので、モータの駆動信号の変化有無と、モータの平均速度及び現在速度の差を利用してモータの異常状態の発生を判断することで、モータの異常状態を早く検知することができるモータ駆動制御装置、モータ駆動制御方法及びこれを利用したモータを提供することである。

本発明の第１技術的な側面はモータ駆動制御装置を提案する。上記モータ駆動制御装置は駆動信号生成部、速度検出部及び制御部を含む。上記駆動信号生成部はモータの駆動信号を生成する。上記速度検出部は上記モータの回転速度を検出する。上記制御部は、上記回転速度を利用して瞬間速度と平均速度を確認し、上記瞬間速度と上記平均速度を比べて上記モータに対する異常状態の発生を判断する。

一実施例における上記制御部は、上記駆動信号の値が変更していれば、上記瞬間速度と上記平均速度の差に関わらず上記異常状態が発生していないと判断することができる。

一実施例における上記制御部は、上記速度検出部から提供された上記回転速度を利用して上記平均速度を算出する平均速度算出器と、上記瞬間速度が上記平均速度に対する既設定の誤差範囲から外れると、上記モータに対する異常状態信号を生成する信号生成器とを含んでよい。

一実施例における上記制御部は、上記駆動信号生成部から提供された上記駆動信号の値が変更しているか否かを確認し、上記モータ装置の駆動速度の変化有無を示す速度指令信号を生成する駆動信号確認器をさらに含んでよい。

一実施例における上記信号生成器は、上記駆動信号確認器から上記駆動信号の値が保持されているとの速度指令信号を受信すると、上記異常状態信号の生成有無を判断することができる。

一実施例における上記速度指令信号は、互いに異なる第１値及び第２値を含み、上記第１値は上記駆動信号の値が所定範囲内に保持される状態に対応し、上記第２値は上記駆動信号の値が変化している状態に対応することができる。

一実施例における上記信号生成器は、上記駆動信号確認器から上記第１値の提供を受ける間、上記瞬間速度が上記平均速度に対する既設定の誤差範囲から外れるか否かを確認し、上記既設定の誤差範囲が外れると、ＯＮ値を有する上記異常状態信号を生成することができる。

一実施例における上記平均速度算出器は、上記速度検出部から提供された上記回転速度を一定時間間隔で収集して保存するメモリーと、上記メモリーに保存されている複数の回転速度に対する平均を算出する平均演算素子とを含んでよい。

本発明の第２技術的な側面はモータを提案する。上記モータはモータ装置及びモータ駆動制御装置を含む。上記モータ装置は駆動信号により動作を行う。上記モータ駆動制御装置は、上記モータ装置に上記駆動信号を提供して上記モータ装置の駆動を制御し、上記モータ装置に対する異常状態の発生を判断する。

一実施例における上記モータ駆動制御装置は、モータ装置の駆動信号を生成する駆動信号生成部と、上記モータ装置の回転速度を検出する速度検出部と、上記速度検出部から提供された上記回転速度を利用して瞬間速度と平均速度を確認し、上記瞬間速度と上記平均速度を比べて上記モータ装置に対する異常状態の発生を判断する制御部とを含んでよい。

一実施例における上記モータ駆動制御装置は、上記駆動信号の値が変更していれば、上記瞬間速度と上記平均速度の差に関わらず上記異常状態が発生していないと判断することができる。

本発明の第３技術的な側面はモータ駆動制御方法を提案する。上記モータ駆動制御方法はモータの駆動を制御するモータ駆動制御装置で行われる。上記モータ駆動制御方法は、上記モータの瞬間速度及び平均速度を確認する段階と、上記瞬間速度と上記平均速度を比べて上記瞬間速度が上記平均速度に対する既設定の誤差範囲内に含まれていないと、上記モータに対する異常状態信号を生成する段階と、を含む。

一実施例における上記瞬間速度及び平均速度を確認する段階は、上記モータ装置の回転速度を検出する段階と、一定時間の間上記回転速度を確認し、上記平均速度を算出する段階とを含んでよい。

一実施例における上記異常状態信号を生成する段階は、上記モータ装置の駆動信号に変化があれば、上記瞬間速度が上記平均速度に対する既設定の誤差範囲から外れても上記異常状態信号を生成しない段階とを含んでよい。

一実施例における上記モータ駆動制御方法は、上記異常状態信号が生成されると、上記駆動信号のデューティー比を低めたり、上記モータ装置の駆動を停止させる段階をさらに含んでよい。

本発明の一実施形態によると、モータの駆動信号の変化有無と、モータの平均速度及び現在速度の差を利用してモータの異常状態の発生を判断することで、モータの異常状態を早く検知することができ、さらに、異常状態が発生したとき、モータの制御動作を低めて異常状態に早く対処することができる。

一般的なモータ駆動制御装置の一例を説明するための構成図である。 本発明によるモータ駆動制御装置の一実施例を説明するための構成図である。 本発明による制御部の一実施例を説明するための細部構成図である。 本発明による信号生成器の具体的な一実施例を説明するための回路構成図である。 本発明による信号生成器の一動作を説明するための信号グラフである。 本発明によるモータ駆動制御方法の一実施例を説明するためのフローチャートである。

以下では、添付の図面を参照し、本発明の好ましい実施形態について説明する。しかし、本発明の実施形態は様々な他の形態に変形されることができ、本発明の範囲は以下で説明する実施形態に限定されない。また、本発明の実施形態は、当該技術分野で平均的な知識を有する者に本発明をより完全に説明するために提供されるものである。図面における要素の形状及び大きさなどはより明確な説明のために誇張されることがある。

以下、説明の便宜のためにブラシレスモータを基準に本発明を説明する。しかし、これは説明の便宜のためであり、本発明の権利範囲は、必ずしもブラシレスモータに限定されない。

図１は一般的なモータ駆動制御装置の一例を説明するための構成図である。

図１を参照すると、モータ駆動制御装置１０は電源部１１と、駆動信号生成部１２と、インバータ部１３と、速度検出部１４と、制御部１５とを含んでよい。

電源部１１はモータ駆動制御装置１０の各構成要素に電源を供給することができる。例えば、電源部１１は常用電源の交流電圧を直流電圧に変換して供給することができる。

駆動信号生成部１２はインバータ部１３に駆動信号を提供することができる。一実施例における駆動信号は、パルス幅変調信号（ＰＷＭ、Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）であってよい。

インバータ部１３はモータ装置２０の動作を制御することができる。例えば、インバータ部１３は、駆動信号によって直流電圧を複数相（例えば、３相ないし４相）の電圧に変換してモータ装置２０のコイル（不図示）にそれぞれ印加することができる。各相に流れる電流は、モータ装置２０の各コイルに磁場を発生させ、この磁場によりモータ装置２０に備えられた回転子（不図示）が回転する。

速度検出部１４はモータ装置の回転速度を検出することができる。速度検出部１４は多様な速度検出手段で具現されてよい。例えば、ホールセンサーで具現してもよく、モータ装置２０で発生する逆起電力を利用して速度を検出してもよい。

制御部１５は、速度検出部１４で提供される速度、外部入力による要請速度情報などを反映して駆動信号を生成するように駆動信号生成部１２を制御することができる。

しかし、上述のように、このようなモータ駆動制御装置１０には、モータ装置２０に異物などが入る場合、速度制御が正確に行われないという限界がある。

以下では、図２〜図６を参照して本発明の多様な実施例について説明する。

本発明の多様な実施例を説明するにあたり、図１を参照し、上述した内容と同一、またはそれに相応する内容に対する説明は省略する。しかし、当業者は上述した説明から本発明の具体的な内容を明確に理解することができるであろう。

図２は本発明によるモータ駆動制御装置の一実施例を説明するための構成図である。

図２を参照すると、モータ駆動制御装置１００は電源部１１０と、駆動信号生成部１２０と、インバータ部１３０と、速度検出部１４０と、制御部１５０と、を含んでよい。

電源部１１０はモータ駆動制御装置１００の各構成要素に電源を供給することができる。

駆動信号生成部１２０はモータの駆動信号を生成することができる。例えば、所定のデューティー比を有するパルス幅変調信号（以下、ＰＷＭ信号）を生成してインバータ部１３０に提供することができる。

インバータ部１３０は、駆動信号の入力を受けてモータ装置２００の各相を駆動させることができる。

速度検出部１４０はモータ装置２００の回転速度を検出することができる。

制御部１５０は、回転速度に基づき、現在モータ装置２００に異常状態が発生したか否かを判断することができる。

より詳しく説明すると、制御部１５０は回転速度を利用して瞬間速度と平均速度を確認することができる。制御部１５０は、確認された瞬間速度と平均速度を比べてモータ装置２００に対する異常状態の発生有無を判断することができる。

一実施例における制御部１５０は、駆動信号の変更有無をさらに反映して現在モータ装置２００に異常状態が発生したか否かを判断することができる。

より詳しく説明すると、制御部１５０は、駆動信号生成部１２０から駆動信号の提供を受けて駆動信号の値が変更している否かを確認し、変更していれば、瞬間速度と平均速度の差に関わらず異常状態が発生していないと判断することができる。

一実施例における制御部１５０は、生成した異常状態信号を外部に提供することができる。外部に提供された異常状態信号は、別途の構成要素によりモータ装置２００に異常状態が発生したことを知らせるのに用いることができる。

一実施例における制御部１５０は、異常状態信号を生成した後、異常状態信号の生成を条件とする既設定の動作を行うことができる。例えば、異常状態信号を生成した後、制御部１５０は駆動信号のデューティー比を低めるように駆動信号生成部１２０を制御することができ、また、異常状態信号を生成した後、制御部１５０はモータ装置２００の駆動を停止させるように制御することができる。

このような制御部１５０の具体的な構成に対しては、図３〜図５を参照して以下でより詳しく説明する。

図３は本発明による制御部の一実施例を説明するための細部構成図である。

図２及び図３を参照すると、制御部１５０は平均速度算出器１５２と、信号生成器１５３とを含んでよい。一実施例における制御部１５０は、駆動信号確認器１５１をさらに含んでもよい。

平均速度算出器１５２は速度検出部１４０から提供された回転速度を利用して平均速度を算出することができる。

一実施例における平均速度算出器１５２は、メモリー（不図示）と、平均を演算する平均演算素子（不図示）とで構成されてよい。より詳しく説明すると、メモリーには、速度検出部１４０から一定時間間隔毎に提供される回転速度が保存されることができる。平均演算素子はメモリーに保存されている複数の回転速度に対する平均を算出することができる。このようなメモリーと平均演算素子は、多様な構成からなってよく、具体的な構成は限定されない。

信号生成器１５３は瞬間速度と平均速度を利用し、モータ装置２００に異常状態が発生したか否かを判断する。異常状態が発生したと判断されると、異常状態信号を生成することができる。

一実施例における信号生成器１５３は、現在の瞬間速度が平均速度の範囲から外れる場合を異常状態と判断することができる。より詳しく説明すると、信号生成器１５３は、速度検出部１４０から提供される回転速度を利用して瞬間速度を決めることができ、決まった瞬間速度を平均速度算出器１５２に保存されている平均速度と比べることができる。信号生成器１５３は、瞬間速度が平均速度に対する既設定の誤差範囲から外れると、モータ装置２００に異常状態が発生したと判断し異常状態信号を生成することができる。

駆動信号確認器１５１は、駆動信号生成部１２０から提供された駆動信号の値が変更しているか否かを確認し、これを利用してモータ装置２００の駆動速度の変化有無を示す速度指令信号を生成することができる。従って、速度指令信号は、駆動信号生成部１２０から提供される駆動信号の変化（例えば、ＰＷＭ信号のデューティー比の変化）を示すことができる。

一実施例における速度指令信号は、互いに異なる第１値及び第２値で表されることができる。ここで、第１値は駆動信号の値が所定範囲内に保持される状態に対応し、第２値は上記駆動信号の値が変化している状態に対応することができる。例えば、速度指令信号は、デジタルパルス波形で表されることができ、駆動信号の値が所定範囲（例えば、数％未満）に保持される場合、ＯＦＦ値を有することができ、駆動信号の値が所定範囲以上に変動される場合、ＯＮ値を有することができる。

速度指令信号は、モータ装置２００の速度が変動しているか否かを判断する信号として使用されることができる。即ち、信号生成器１５３は瞬間速度と平均速度を比べて異常状態の発生を判断するが、モータ装置２００の速度を変化させる場合には、異常状態と判断してはならない。

従って、信号生成器１５３は速度指令信号を確認した結果、駆動信号の値が保持されていれば、上述のように瞬間速度と平均速度を比べて異常状態信号の発生有無を判断することができる。

一方、速度指令信号を確認した結果、駆動信号の値が変更していれば、平均速度と瞬間速度の差が発生しても、信号生成器１５３は異常状態信号を生成しないことができる。

従って、速度指令信号が互いに異なる第１値及び第２値で表される一実施例において、信号生成器１５３は駆動信号確認器１５１から上記第１値の提供を受ける間、瞬間速度が上記平均速度に対する既設定の誤差範囲から外れるか否かを確認し、既設定の誤差範囲から外れると、ＯＮ値を有する異常状態信号を生成することができる。

図４は図３に示された信号生成器１５３の具体的な一実施例を説明するための回路構成図であり、図５は図３に示された信号生成器１５３の一動作を説明するための信号グラフである。

図３〜図５を参照すると、信号生成器１５３はオシレーター４１０と、カウンター４２０と、比較素子４３０とで構成されてよい。

オシレーター４１０は一定の信号波形を生成してカウンター４２０に提供し、カウンター４２０は信号波形から単位時間を生成して比較素子４３０に提供することができる。

比較素子４３０は単位時間に基づき、平均速度５１０と瞬間速度５２０を比べて速度差５３０を確認することができる。確認された速度差５３０が既設定の誤差範囲以上であれば、比較素子４３０は異常状態信号を発生することができる。

図示された例では、既設定の誤差範囲は１０％である。ＰＷＭ信号の誤差が１％内で発生する場合、一般的に、速度の誤差は１０％範囲内で発生するため、図示された例では、ＰＷＭ信号の１％誤差範囲内では異常状態と認知せず、それ以上の誤差範囲を異常状態と判断することが分かる。しかし、このような数値は一例に過ぎず、本発明は上述した例に限定されない。

図６は、本発明によるモータ駆動制御方法の一実施例を説明するためのフローチャートである。

以下では、図６を参照し、本発明によるモータ駆動制御方法の一実施例を説明する。本発明によるモータ駆動制御方法の一実施例は、図２〜図５を参照し、上述したモータ駆動制御装置１００で行われるため、上述した説明と同一、またはそれに相応する内容に対する説明は省略する。

図６を参照すると、モータ駆動制御装置１００は平均速度を計算することができる（段階Ｓ６１０）。モータ駆動制御装置１００は一定周期毎に平均速度を再計算して更新することができる。

モータ駆動制御装置１００は、モータ装置２００の駆動信号に変化がないと（段階Ｓ６２０、いいえ）、モータ装置２００の瞬間速度及び平均速度を比べることができる（段階Ｓ６３０）。

モータ駆動制御装置１００は、瞬間速度が上記平均速度に対する既設定の誤差範囲内に含まれていないと（段階Ｓ６４０、いいえ）、モータ装置２００に対する異常状態信号を生成することができる（段階Ｓ６５０）。

段階Ｓ６３０に対する一実施例におけるモータ駆動制御装置１００は、モータ装置２００の回転速度を検出し、一定時間の回転速度を確認して平均速度を算出することができる。

段階Ｓ６５０に対する一実施例におけるモータ駆動制御装置１００は、モータ装置２００の駆動信号に変化があれば、瞬間速度が平均速度に対する既設定の誤差範囲から外れても異常状態信号を生成しないことができる。これは、モータ装置２００の駆動制御により速度変化が発生している場合であり、異常状態と判断しないようにするためである。

一実施例におけるモータ駆動制御装置１００は、異常状態が発生すると、既設定の対応制御を行うことができる。より詳しく説明すると、モータ駆動制御装置１００は、異常状態信号が生成されると、駆動信号のデューティー比を低めたり、モータ装置の駆動を停止させるように制御することができる。

以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されず、特許請求の範囲に記載された本発明の技術的思想から外れない範囲内で多様な修正及び変形が可能であるということは、当技術分野の通常の知識を有する者には明らかである。

１０、１００ モータ駆動制御装置
１１、１１０ 電源部
１２、１２０ 駆動信号生成部
１３、１３０ インバータ部
１４、１４０ 速度検出部
１５、１５０ 制御部
１５１ 駆動信号確認器
１５２ 平均速度算出器
１５３ 信号生成器
２０、２００ モータ装置
４１０ オシレーター
４２０ カウンター
４３０ 比較素子

Claims (15)

1. モータ装置の駆動信号を生成する駆動信号生成部と、
   前記モータ装置の回転速度を検出する速度検出部と、
   前記速度検出部から提供された前記回転速度を利用して瞬間速度と平均速度を確認し、前記瞬間速度と前記平均速度を比べて前記モータ装置に対する異常状態の発生を判断する制御部と、
   を含むモータ駆動制御装置。
2. 前記制御部は、前記駆動信号の値が変更していれば、前記瞬間速度と前記平均速度の差に関わらず前記異常状態が発生していないと判断する請求項１に記載のモータ駆動制御装置。
3. 前記制御部は、
   前記速度検出部から提供された前記回転速度を利用して前記平均速度を算出する平均速度算出器と、
   前記瞬間速度が前記平均速度に対する既設定の誤差範囲から外れると、前記モータに対する異常状態信号を生成する信号生成器と、
   を含む請求項１または２に記載のモータ駆動制御装置。
4. 前記制御部は、
   前記駆動信号生成部から提供された前記駆動信号の値が変更しているか否かを確認し、前記モータ装置の駆動速度の変化有無を示す速度指令信号を生成する駆動信号確認器をさらに含む請求項３に記載のモータ駆動制御装置。
5. 前記信号生成器は、
   前記駆動信号確認器から前記駆動信号の値が保持されているとの速度指令信号を受信すると、前記異常状態信号の生成有無を判断する請求項４に記載のモータ駆動制御装置。
6. 前記速度指令信号は
   互いに異なる第１値及び第２値を含み、
   前記第１値は前記駆動信号の値が所定範囲内に保持される状態に対応し、前記第２値は前記駆動信号の値が変化している状態に対応する請求項４または５に記載のモータ駆動制御装置。
7. 前記信号生成器は、
   前記駆動信号確認器から前記第１値の提供を受ける間、前記瞬間速度が前記平均速度に対する既設定の誤差範囲から外れるか否かを確認し、前記既設定の誤差範囲が外れると、ＯＮ値を有する前記異常状態信号を生成する請求項６に記載のモータ駆動制御装置。
8. 前記平均速度算出器は、
   前記速度検出部から提供された前記回転速度を一定時間間隔で収集して保存するメモリーと、
   前記メモリーに保存されている複数の回転速度の平均を算出する平均演算素子と、
   を含む請求項３から７の何れか１項に記載のモータ駆動制御装置。
9. 駆動信号により動作を行うモータ装置と、
   前記モータ装置に前記駆動信号を提供して前記モータ装置の駆動を制御し、前記モータ装置に対する異常状態の発生を判断するモータ駆動制御装置と、
   を含むモータ。
10. 前記モータ駆動制御装置は、
    モータ装置の駆動信号を生成する駆動信号生成部と、
    前記モータ装置の回転速度を検出する速度検出部と、
    前記速度検出部から提供された前記回転速度を利用して瞬間速度と平均速度を確認し、前記瞬間速度と前記平均速度を比べて前記モータ装置に対する異常状態の発生を判断する制御部と、
    を含む請求項９に記載のモータ。
11. 前記モータ駆動制御装置は、
    前記駆動信号の値が変更していれば、前記瞬間速度と前記平均速度の差に関わらず前記異常状態が発生していないと判断する請求項１０に記載のモータ。
12. モータ装置の駆動を制御するモータ駆動制御装置で行われるモータ駆動制御方法において、
    前記モータ装置の瞬間速度及び平均速度を確認する段階と、
    前記瞬間速度と前記平均速度を比べて前記瞬間速度が前記平均速度に対する既設定の誤差範囲内に含まれていないと、前記モータ装置に対する異常状態信号を生成する段階と、
    を含むモータ駆動制御方法。
13. 前記瞬間速度及び平均速度を確認する段階は、
    前記モータ装置の回転速度を検出する段階と、
    一定時間の間前記回転速度を確認し、前記平均速度を算出する段階と、
    を含む請求項１２に記載のモータ駆動制御方法。
14. 前記異常状態信号を生成する段階は、
    前記モータ装置の駆動信号に変化があれば、前記瞬間速度が前記平均速度に対する既設定の誤差範囲から外れても前記異常状態信号を生成しない段階と、
    を含む請求項１２または１３に記載のモータ駆動制御方法。
15. 前記モータ駆動制御方法は、
    前記異常状態信号が生成されると、前記駆動信号のデューティー比を低めたり、前記モータ装置の駆動を停止させる段階をさらに含む請求項１４に記載のモータ駆動制御方法。

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