JP2024511439A - モーター駆動制御システム及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】適用される電流制限ロジッグをモーターの駆動速度によって可変することで、高速駆動状態の過負荷のみならず低速駆動状態の過負荷でもモーターを安定して保護することができるモーター駆動制御システム及びその制御方法を提供する。【解決手段】本発明は、クーリングファン用のＢＬＤＣモーターに適用される電流制限ロジッグをモーターの駆動速度によって可変させることで、高速駆動状態の過負荷のみならず低速駆動状態の過負荷でもモーターを安定して保護することができるモーター駆動制御システム及びその制御方法を提供する。【選択図】図１

Description

本発明は、モーター駆動制御システム及びその制御方法に係り、より詳しくは、低速の過負荷条件でもモーターが安定して駆動されるように制御するモーター駆動制御システム及びその制御方法に関する。

クーリングファン用のＢＬＤＣモーターは、過電流によるモーター及びインバータの焼損を防止するために、通常、電流制限ロジッグが適用されている。
詳しくは、クーリングファンの特性上、モーターの駆動速度が増加すると、これによって必要な消耗電流が増加するため、モーターをなしている従来素子の仕様に応じる、モーターの容量、コイル、ワイヤ、その他の素子などの許容電流を考慮して電流制限ロジッグが設定される。

正常駆動（ｎｏｒｍａｌ）の際、図３に示すように、モーターに発生する負荷自体が電流制限範囲内で行われるため、適用された電流制限ロジッグを適用しなくても駆動が行われる。しかし、半拘束（ｓｌｕｇｇｉｓｈｎｅｓｓ）が発生すると、言い換えれば、回転体の間に異物などが挟まって完全拘束されず、低速高負荷で回転する状態が発生する場合、モーターは、駆動信号に該当する電流を印加されて動作を継続し、消耗電流が増加するようになる。

このとき、図３のａ）に示すように、駆動制限電力情報、すなわち、上述した電流制限ロジッグに該当する電流制限値まで現在電力が上昇する場合、これ以上電流は増加できず、駆動速度が減少する。駆動速度が減少すると、同一の電流を用いても動作効率が低下し、熱が過剰に発生することで、冷却性能不足による内部温度上昇により焼損が発生する。

これによって、本発明は、通常の過負荷に該当する「高速駆動状態」でなく、半拘束条件によって低速駆動状態で発生する過負荷による問題を解決するためのものであり、適用される電流制限ロジッグをモーターの駆動速度によって可変することで、高速駆動状態の過負荷のみならず低速駆動状態の過負荷でもモーターを安定して保護するためのものである。

これに関連して、韓国公開特許第１０－２０２０－００５９８４９号公報（「ＢＬＤＣモーター過負荷検知装置及び方法」）では、ＢＬＤＣモーターの機械角と電気角との差を測定してＢＬＤＣモーターの拘束有無を判断する装置を開示している。

韓国公開特許第１０－２０２０－００５９８４９号公報

従って、本発明は、上述したような従来技術の問題点を解決するために案出されたものであり、本発明の目的は、通常の過負荷に該当する「高速駆動状態」でなく、半拘束条件によって低速駆動状態で発生する過負荷による問題点を解決するために、適用される電流制限ロジッグをモーターの駆動速度によって可変することで、高速駆動状態の過負荷のみならず低速駆動状態の過負荷でもモーターを安定して保護することができるモーター駆動制御システム及びその制御方法を提供することにある。

上述したような目的を達成するための本発明のモーター駆動制御システムは、入力される駆動信号によって、モーター１０に駆動電流を提供するモーター駆動部１００、前記モーター駆動部１００の制御によって駆動される前記モーター１０の動作状態に関する情報を算出する状態算出部２００、既設定の駆動制限電力情報に基づいて、前記状態算出部２００で算出した前記モーター１０の動作状態に関する情報を用いて、前記モーター１０の許容電力情報を分析する分析部３００、及び前記分析部３００で分析した前記モーター１０の許容電力情報を用いて前記モーター１０の供給電流を制御する制御信号を生成して、前記モーター駆動部１００に伝送する電力制御部４００を含むことが好ましい。

さらに、前記状態算出部２００は、前記モーター駆動部１００の制御によって現在駆動されている前記モーター１０の現在回転速度、現在測定電流及び測定電圧を含む前記動作状態に関する情報を算出することが好ましい。

さらに、前記分析部３００は、前記モーター１０を構成する素子の基本仕様に基づいてモーター１０の回転速度と電力による発熱状態を分析し、回転速度と電力に基づいた前記駆動制限電力情報を設定することが好ましい。

さらに、前記分析部３００は、前記状態算出部２００で算出した前記モーター１０の現在回転速度に基づいた前記駆動制限電力情報による制限電力と現在電力とを比較分析し、現在電力が前記制限電力を超過する場合、前記制限電力によって前記許容電力情報を分析することが好ましい。

さらに、前記電力制御部４００は、前記分析部３００で分析した前記モーター１０の現在回転速度を反映した前記許容電力情報を用いて、前記モーター１０の供給電流を制御し、前記モーター１０の現在電力を可変させることが好ましい。

上述したような目的を達成するための本発明のモーター駆動制御方法は、モーター駆動部で、入力される駆動信号によってモーターに駆動電流を提供する駆動ステップ（Ｓ１００）、状態算出部で、前記駆動ステップ（Ｓ１００）によって駆動される前記モーターの動作状態に関する情報を取得し、現在電力情報を算出する現在電力算出ステップ（Ｓ２００）、分析部で、既設定の駆動制限電力情報と、前記現在電力算出ステップ（Ｓ２００）による前記モーターの現在電力情報とを比較判断する判断ステップ（Ｓ３００）、前記判断ステップ（Ｓ３００）の比較判断結果によって、前記モーターの現在電力情報が前記駆動制限電力情報を超過する場合、前記駆動制限電力情報によって前記モーターの許容電力情報を分析する分析ステップ（Ｓ４００）、及び電力制御部で、前記分析ステップ（Ｓ４００）によって分析した前記モーターの許容電力情報を用いて前記モーターの供給電流を制御する制御信号を生成する駆動制御ステップ（Ｓ５００）を含むことが好ましい。

さらに、前記現在電力算出ステップ（Ｓ２００）は、前記モーターの動作状態に関する情報として、前記モーター１０の現在回転速度、現在測定電流及び測定電圧を含むことが好ましい。

さらに、前記判断ステップ（Ｓ３００）は、前記モーター１０の現在回転速度に基づいて、前記駆動制限電力情報と前記モーターの現在電力情報とを比較判断することが好ましい。

さらに、前記判断ステップ（Ｓ３００）は、予めモーターを構成する素子の基本仕様に基づいてモーターの回転速度と電力による発熱状態を分析し、回転速度と電力に基づいた前記駆動制限電力情報を設定することが好ましい。

本発明によると、モーター駆動制御システム及びその制御方法は、クーリングファン用のＢＬＤＣモーターに適用される電流制限ロジッグをモーターの駆動速度によって可変させることで、高速駆動状態の過負荷のみならず低速駆動状態の過負荷でもモーターを安定して保護することができる長所がある。
これにより、半拘束条件によって、低速過負荷発生によるモーター及びインバータなどの焼損の発生を防止することができる。
但し、供給電流制御による電力制御によって、入力された駆動信号に応じる目標速度より低く駆動されることがあるため、外部管理者又は上位制御手段により、現在モーターの過負荷条件が発生し、入力された駆動信号よりも低い目標速度で駆動され得る旨のアラームを発生させることで、モーター及びインバータなどの焼損の防止だけでなく、故障／異常の検知まで行うことができる長所がある。

本発明の一実施形態によるモーター駆動制御システムの構成例示図である。 本発明の一実施形態によるモーター駆動制御方法のフローチャートである。 本発明の一実施形態によるモーター駆動制御システム及びその制御方法によるモーター駆動制御状態を示す例示グラフである。

以下、上述したような構成を有する本発明によるモーター駆動制御システム及びその制御方法を添付の図面を参考して詳しく説明する。
また、システムは、必要な機能を行うために組織化され規則的に相互作用する装置、機器及び手段などを含む構成要素の集合を意味する。

本発明の一実施形態によるモーター駆動制御システム及びその制御方法に適用されたモーターは、クーリングファン用のＢＬＤＣモーターであり、通常、電流制限ロジッグが適用され、過電流によるモーター及びインバータの焼損を防止している。

しかし、モーターが駆動される過程で半拘束条件（ｓｌｕｇｇｉｓｈｎｅｓｓ）が発生する場合、過負荷状態であるにもかかわらずモーターの回転速度が低速であるため、電流が継続して印加され、結局、低速過負荷による冷却不足でモーター内部温度上昇による焼損が発生するようになる。すなわち、適用されている電流制限ロジッグによっては、「高速過負荷」に対しては十分に対応できるが、半拘束条件などによる「低速過負荷」に対しては十分に対応できないという問題がある。

これによって、本発明の一実施形態によるモーター駆動制御システム及びその制御方法は、適用される電流制限ロジッグをモーターの駆動速度によって可変させることで、高速駆動状態の過負荷のみならず低速駆動状態の過負荷でもモーターを安定して保護することを技術的目的としている。

図１は、本発明の一実施形態によるモーター駆動制御システムを示す構成例示図であり、図１を参照にして本発明の一実施形態によるモーター駆動制御システムを詳しく説明する。
本発明の一実施形態によるモーター駆動制御システムは、図１に示すように、モーター駆動部１００、状態算出部２００、分析部３００及び電力制御部４００を含んで構成されることが好ましく、それぞれの構成は１つの演算処理手段又はそれぞれの演算処理手段に含まれて動作を行うことが好ましい。

各構成について詳しく検討すると、
モーター駆動部１００は、外部管理者又は上位制御手段より入力される駆動信号によって、モーター１０に駆動電流を提供することが好ましい。
詳しくは、前記駆動信号は、モーター１０を駆動させようとする目標回転速度を含んで構成される。
これによって、モーター駆動部１００は、モーター１０を前記駆動信号に含まれている目標回転速度に到達させるために、速度制御手段を介して電流を印加する。

状態算出部２００は、モーター駆動部１００の制御によって、駆動されるモーター１０の動作状態に関する情報を算出することが好ましい。
詳しくは、状態算出部２００は、前記動作状態に関する情報として、モーター駆動部１００の制御によって現在駆動されているモーター１０の現在回転速度、現在測定電流及び現在測定電圧を含む情報を取得することが好ましい。

また、状態算出部２００は、取得したモーター１０の現在測定電流及び現在測定電圧を用いて、モーター１０の現在電力を演算し、前記動作状態に関する情報として記憶及び管理することが好ましい。

分析部３００は、予め設定された駆動制限電力情報に基づいて、状態算出部２００で算出したモーター１０の動作状態に関する情報を用いて、モーター１０の許容電力情報を分析することが好ましい。
ここで、予め設定された駆動制限電力情報とは、上述したモーターに適用された「電流制限ロジッグ」による駆動制限電力値を意味し、前記駆動制限電力情報は、モーター１０を構成する素子の基本仕様情報に基づいて、モーター１０の回転速度と電力による発熱状態を分析し、図３の（ｂ）に示すように、回転速度と電力に基づいて駆動制限電力情報を設定することが好ましい。

従来の「電流制限ロジッグ」による駆動制限電力値は、図３の（ａ）に示すように、モーター駆動速度とは関係なく、モーターの電力過負荷が発生しないように設定されており、この場合、上述したように、モーターの速度が低速であるものの、半拘束条件によって電力状態が正常運転範囲を逸脱したが、駆動制限電力情報（駆動制限電力値）が高速の場合のみ考慮しているため、低速過負荷条件にあるモーターの状態を正確に認知できず、結局、焼損まで発生する可能性がある。

これを解決するために、分析部３００は、モーターの回転速度と現在電力によって発熱状態を分析して駆動制限電力情報を設定することが好ましい。
分析部３００は、状態算出部２００で算出したモーター１０の現在回転速度に基づいて、前記駆動制限電力情報による制限電力と現在電力とを比較分析し、現在電力が前記制限電力を超過する場合、前記制限電力によって前記許容電力情報を分析することが好ましい。

言い換えると、分析部３００は、状態算出部２００で算出したモーター１０の現在回転速度に基づいて、前記駆動制限電力情報による制限電力と、演算したモーター１０の現在電力とを比較分析し、モーター１０の現在電力が前記制限電力を超過する場合、モーター１０が過負荷状態であると判断し、モーター１０の現在回転速度に該当する前記許容電力情報を導き出すことが好ましい。このとき、前記許容電力情報は、前記駆動制限電力情報を基準に導き出され、これは適正電力でなく許容電力の上限値に該当する。

すなわち言い換えると、従来の駆動制限電力値に比べて、分析部３００の駆動制限電力情報は、モーターの回転速度によって許容電力の上限値が可変するように設定することで、低い速度にもかかわらずモーターが過負荷の場合であっても、これを効率的に検知して安全な駆動動作が行われるようにすることができる。

電力制御部４００は、分析部３００で分析した前記許容電力情報を用いて、モーター１０の供給電流を制御する制御信号を生成し、モーター駆動部１００に伝送することが好ましい。
すなわち、電力制御部４００は、分析部３００で分析したモーター１０の現在回転速度を反映した前記許容電力情報を用いて、ＰＩ制御手段を介して現在電力を制限し、モーター１０の供給電流を制御することで、モーター１０の現在電力を可変させることが好ましい。

一例として、半拘束条件によって低速過負荷が発生すると、前記駆動制限電力情報にモーター１０の現在回転速度を反映して前記許容電力情報を導き出すことができ、前記許容電力情報を用いて生成した前記制御信号によって、モーター１０の現在電力が低く制限され、モーターの駆動速度は目標速度よりも低く駆動されるが、過負荷による発熱などの不具合、さらにモーター及びインバータなどの焼損を防止することができる。

図２は、本発明の一実施形態によるモーター駆動制御方法を示すフローチャートであり、図２を参照して本発明の一実施形態によるモーター駆動制御方法を詳しく説明する。
本発明の一実施形態によるモーター駆動制御方法は、図２に示すように、駆動ステップ（Ｓ１００）、現在電力算出ステップ（Ｓ２００）、判断ステップ（Ｓ３００）、分析ステップ（Ｓ４００）、及び駆動制御ステップ（Ｓ５００）を含んで構成されることが好ましい。

各ステップに対して詳しく検討すると、
駆動ステップ（Ｓ１００）は、モーター駆動部１００で、外部管理者又は上位制御手段より入力される駆動信号によってモーター１０に駆動電流を提供する。
すなわち、モーター１０を駆動させようとする目標回転速度が含まれた前記駆動信号を入力され、モーター１０を前記目標回転速度に到達させるために、速度制御手段を介して電流を印加する。

現在電力算出ステップ（Ｓ２００）は、状態算出部２００で、駆動ステップ（Ｓ１００）によって駆動されるモーター１０の動作状態に関する情報を取得して、モーター１０の現在電力情報を算出する。
詳しくは、現在電力算出ステップ（Ｓ２００）は、前記動作状態に関する情報として、モーター駆動部１００の制御によって現在駆動されているモーター１０の現在回転速度、現在測定電流及び現在測定電圧を含む情報を取得し、取得したモーター１０の現在測定電流及び現在測定電圧を用いて、モーター１０の現在電力情報を算出する。

判断ステップ（Ｓ３００）は、分析部３００で、予め設定された駆動制限電力情報と、現在電力算出ステップ（Ｓ２００）によるモーター１０の現在電力情報とを比較判断することが好ましい。
詳しくは、判断ステップ（Ｓ３００）は、予めモーター１０を構成する素子の基本仕様情報に基づいて、モーター１０の回転速度と電力による発熱状態を分析し、図３の（ｂ）に示すように、回転速度と電力に基づいて駆動制限電力情報を設定する。

これによって、判断ステップ（Ｓ３００）は、モーター１０の現在回転速度に基づいて、前記駆動制限電力情報による制限電力と、演算したモーター１０の現在電力とを比較分析することで、モーター１０の現在電力が前記制限電力を超過するか否かを判断する。

判断ステップ（Ｓ３００）の判断結果によって、モーター１０の現在電力が前記制限電力を超過する場合、現在モーター１０が過負荷状態であると判断することが好ましい。
これによって、分析ステップ（Ｓ４００）は、判断ステップ（Ｓ３００）の比較判断結果によって、モーター１０の現在電力が前記制限電力を超過する場合、前記駆動制限電力情報によってモーター１０の許容電力情報を分析する。

すなわち、前記駆動制限電力情報に基づいてモーター１０の現在回転速度に該当する前記許容電力情報を分析することで、前記許容電力情報は、適正電力でなく許容電力の上限値に該当するようになる。

駆動制御ステップ（Ｓ５００）は、電力制御部４００で、分析ステップ（Ｓ４００）によって分析したモーター１０の許容電力情報を用いて、モーター１０の供給電流を制御する制御信号を生成し、モーター駆動部１００に伝送する。
すなわち、駆動制御ステップ（Ｓ５００）は、分析ステップ（Ｓ４００）によって分析したモーター１０の現在回転速度を反映した前記許容電力情報を用いて、ＰＩ制御手段を介して現在電力を制限し、モーター１０の供給電流を制御することで、モーター１０の現在電力を可変させることが好ましい。

このとき、本発明の一実施形態によるモーター駆動制御システム及びその制御方法は、半拘束条件によって、低速過負荷の発生によるモーター及びインバータなどの焼損の発生を防止することができるが、入力された駆動信号に応じる目標速度よりも低く駆動されることがあるため、電力制御部４００は、モーター１０の許容電力情報による前記制御信号の生成時に、モーター駆動部１００に前記制御信号を伝送すると共に、外部管理者又は上位制御手段によって、現在モーター１０の過負荷条件が発生して、入力された駆動信号よりも低い目標速度で駆動され得る制御信号がさらに生成されて伝送されたことを知らせることが好ましい。
これによって、モーター及びインバータなどの焼損の防止だけでなく、故障／異常の検知まで行うことができる。

本発明は上記の実施形態に限定されず、適用範囲が多様であることはもちろん、特許請求の範囲で請求する本発明の要旨を逸脱することなく本発明が属する分野における通常の知識を有する者であれば様々な変形実施が可能であることは言うまでもない。

１０ モーター
１００ モーター駆動部
２００ 状態算出部
３００ 分析部
４００ 電力制御部

Claims (9)

1. 入力される駆動信号によって、モーター１０に駆動電流を提供するモーター駆動部１００と、
   前記モーター駆動部１００の制御によって駆動される前記モーター１０の動作状態に関する情報を算出する状態算出部２００と、
   既設定の駆動制限電力情報に基づいて、前記状態算出部２００で算出した前記モーター１０の動作状態に関する情報を用いて、前記モーター１０の許容電力情報を分析する分析部３００と、
   前記分析部３００で分析した前記モーター１０の許容電力情報を用いて前記モーター１０の供給電流を制御する制御信号を生成し、前記モーター駆動部１００に伝送する電力制御部４００と、
   を含むことを特徴とする、モーター駆動制御システム。
2. 前記状態算出部２００は、
   前記モーター駆動部１００の制御によって現在駆動されている前記モーター１０の現在回転速度、現在測定電流及び測定電圧を含む前記動作状態に関する情報を算出することを特徴とする、請求項１に記載のモーター駆動制御システム。
3. 前記分析部３００は、
   モーター１０を構成する素子の基本仕様に基づいて前記モーター１０の回転速度と電力による発熱状態を分析し、回転速度と電力に基づいた前記駆動制限電力情報を設定することを特徴とする、請求項２に記載のモーター駆動制御システム。
4. 前記分析部３００は、
   前記状態算出部２００で算出した前記モーター１０の現在回転速度に基づいた前記駆動制限電力情報による制限電力と現在電力とを比較分析し、現在電力が前記制限電力を超過する場合、前記制限電力によって前記許容電力情報を分析することを特徴とする、請求項３に記載のモーター駆動制御システム。
5. 前記電力制御部４００は、
   前記分析部３００で分析した前記モーター１０の現在回転速度を反映した前記許容電力情報を用いて、前記モーター１０の供給電流を制御することで、前記モーター１０の現在電力を可変させることを特徴とする、請求項４に記載のモーター駆動制御システム。
6. モーター駆動部で、入力される駆動信号によってモーターに駆動電流を提供する駆動ステップ（Ｓ１００）と、
   状態算出部で、前記駆動ステップ（Ｓ１００）によって駆動される前記モーターの動作状態に関する情報を取得して、現在電力情報を算出する現在電力算出ステップ（Ｓ２００）と、
   分析部で、既設定の駆動制限電力情報と、前記現在電力算出ステップ（Ｓ２００）による前記モーターの現在電力情報とを比較判断する判断ステップ（Ｓ３００）と、
   前記判断ステップ（Ｓ３００）の比較判断結果によって、前記モーターの現在電力情報が前記駆動制限電力情報を超過する場合、前記駆動制限電力情報によって前記モーターの許容電力情報を分析する分析ステップ（Ｓ４００）と、
   電力制御部で、前記分析ステップ（Ｓ４００）によって分析した前記モーターの許容電力情報を用いて前記モーターの供給電流を制御する制御信号を生成する駆動制御ステップ（Ｓ５００）と、
   を含むことを特徴とする、モーター駆動制御方法。
7. 前記現在電力算出ステップ（Ｓ２００）は、
   前記モーターの動作状態に関する情報として、前記モーターの現在回転速度、現在測定電流及び測定電圧を含むことを特徴とする、請求項６に記載のモーター駆動制御方法。
8. 前記判断ステップ（Ｓ３００）は、
   前記モーターの現在回転速度に基づいて、前記駆動制限電力情報と前記モーターの現在電力情報とを比較判断することを特徴とする、請求項７に記載のモーター駆動制御方法。
9. 前記判断ステップ（Ｓ３００）は、
   予めモーターを構成する素子の基本仕様に基づいてモーターの回転速度と電力による発熱状態を分析し、回転速度と電力に基づいた前記駆動制限電力情報を設定することを特徴とする、請求項８に記載のモーター駆動制御方法。

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