KR101031969B1 - 전동 지게차에 있어서 ａｃ 모터 전류센서의 고장 및미연결 감지방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전동 지게차에 있어서 AC 모터 전류센서의 고장 및 미연결 감지방법에 관한 것이다.

본 발명은 전동 지게차의 AC 모터에 흐르는 3상(U,V,W)의 전류값 중 각각 2상(U-V,U-W,V-W)의 전류값에 대한 극성을 비교하여 서로 극성이 같을 경우와 다를 경우를 구분하고, 구분된 상태에 따라 전류센서에서 전류를 정상적으로 센싱하고 있는지를 판단하도록 구성된다. 이 때, 각 2상의 전류값에 대한 극성을 비교한 결과는 하이(high)와 로우(low) 상태로 구분되는 펄스 형태로 표시하고, 이 펄스의 듀티(duty)값을 기 규정된 값과 비교하여 전류 센싱이 정상적으로 이루어지고 있는지를 판단하도록 구성할 수 있다.

본 발명을 사용하면, 전동 지게차를 동작시키기 전에 전류 센서의 이상 유무를 판별할 수 있다. 이에 따라 실제 전류 센싱의 오류로 인해 전류 리미트 동작이 되지 않는 상황을 방지할 수 있게 되어 파워모듈의 파손을 사전에 방지할 수 있다. 뿐만아니라 콘트롤러의 내구성을 향상시키고 비정상적인 제어로 인한 차량의 오동작을 차단하여 운전의 안정성을 향상시킬 수 있게 된다.

전동 지게차, AC 모터, 전류센서, 고장, 미연결

Description

전동 지게차에 있어서 ＡＣ 모터 전류센서의 고장 및 미연결 감지방법{ Method to detect trouble and misconnection of current sensors of a AC motor of a electrically-powered truck }

도 1은 전동 지게차의 AC 모터 제어용 인버터에 관한 개요,

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 관한 흐름도,

도 3은 AC 모터의 코일에 흐르는 3상 전류의 파형,

도 4는 3상 전류의 관계,

도 5는 3상 전류 및 극성에 따른 구분의 예,

도 6은 정상적인 상태에서의 각 2상(U-V,U-W,V-W)에 관한 극성 비교,

도 7은 오류가 발생한 상태에서의 각 2상(U-V,U-W,V-W)에 관한 극성 비교를 도시한 것이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10: 인버터 20: AC 모터

30: 배터리 41,42: 전류센서

본 발명은 전동 지게차에 있어서 AC 모터 전류센서의 고장 및 미연결 감지방법에 관한 것으로서, 특히 전동지게차의 AC 모터에서 센싱된 3상의 전류를 각각 극성 비교하여 전류센서에서 발생한 고장이나 미연결 상태를 자동 감지하는 방법에 관한 것이다.

전동 지게차는 엔진 지게차와는 달리 모터로부터 추진력을 얻거나 유압구동력을 얻고 있다. 전동 지게차에는 종래의 직권(DC series) 모터에서 분권(DC separately excited) 모터를 사용하고 있고 차차 AC 모터를 적용하는 추세에 있다.

도 1은 3상 AC 모터(20) 및 AC 모터를 구동하기 위한 인버터(10: 6-브리지)의 개요를 도시한 것으로서, 배터리(30)에서 공급되는 전류는 다수의 스위칭 소자(FET_U+,FET_V+,FET_W+,FET_U-,FET_V-,FET_W-)로 이루어지는 인버터를 통해 3상의 AC 전원을 AC 모터(20)에 공급하게 된다. 이 때, 적절한 응용을 위하여 비상차단수단(Emergency Stop), 라인 콘텍터(Line Contactor), 라인 휴즈(Line Fuse), 캐패시터 링크(Capacitor Link) 등의 구성요소가 포함될 수 있으며, 인버터의 구성은 널리 알려진 기술이므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.

한편, 인버터(10)에서 AC 모터(20)로 전류를 공급하는 케이블 2상에는 전류를 센싱하기 위한 2개의 전류센서(41,42)가 있으며, 전동 지게차 제어장치는 전류센서에서 센싱한 전류에 따라 전동 지게차를 제어하게 된다. 즉, 전동 지게차의 제어장치에서는 AC 모터(20)의 전류를 전류센서를 통해 정확하게 감지해야만 전류를 가감하거나 과다한 전류가 흐를 때 전류 리미트를 걸어주는 등의 정상적인 제어가 가능해진다.

그러나 전류센서가 연결이 되지 않았거나 파손되면 정상적인 제어나 리미트 동작이 이루어질 수 없으므로, 전동 지게차가 비정상적인 동작을 하거나 전류를 공급하는 스위칭 모듈(파워모듈)이 파손될 수도 있다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 전동 지게차의 AC 모터 전류를 센싱하는 전류센서의 고장이나 미연결 상태를 자동 감지할 수 있는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 전동 지게차에 있어서 AC 모터 전류센서의 고장 및 미연결 감지방법은, 전동 지게차의 AC 모터에 흐르는 2상(U,V)의 전류값을 전류센서를 이용하여 센싱하는 단계; 상기 센싱한 2상의 전류값을 통해 나머지 1상(W)의 전류값를 계산하여 3상의 전류값을 획득하는 단계; 상기 3상(U,V,W)의 전류값 중 각각 2상(U-V,U-W,V-W)의 전류값에 대한 극성을 비교하고, 서로 극성이 같을 경우와 다를 경우를 구분하는 단계; 및 상기 구분된 상태에 따라 상기 전류센서에서 각 상(U,V)의 전류를 정상적으로 센싱하고 있는지를 판단하는 단계를 포함하여 이루어진다.

이 때, 상기 각 2상의 전류값에 대한 극성을 비교한 결과는 하이(high)와 로우(low) 상태로 구분되는 펄스 형태로 표시하고, 상기 펄스의 듀티(duty)값을 기 규정된 값과 비교하여 상기 전류센서에서의 전류 센싱 상태를 판단하도록 구성하면 바람직하게 실시할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명에 따라 전류센서의 고장 및 미연결을 감지하는 방법을 나타낸 흐름도로서, 먼저 홀센서 등 전류를 센싱할 수 있는 각종 전류센서(41,42)를 이용하여 전동 지게차의 AC 모터(20)에 흐르는 2상의 전류값을 센싱한다(S21). 그리고, 센싱한 2상의 전류값에서 나머지 1상의 전류값를 계산하여 3상의 전류값을 모두 얻는다(S22).

구체적으로 설명하자면, 도 3에 도시한 바와 같이 정상적인 상태에서는 AC 모터(20)의 코일에 3상의 정현파 전류가 흐른다. 이 때, 설명의 편의를 위하여 제1전류센서(41)에서 센싱하는 전류파형을 'U', 제2전류센서(42)에서 센싱하는 전류파형을 'V', 다른 하나의 상 전류는 W라고 칭하기로 한다. 2상(U,V)의 전류는 전류센서(41,42)를 이용하여 센싱하고, 나머지 1상(W)의 전류는 센싱한 2상의 전류로부터 계산한다. 여기서, Y-결선의 AC 모터에서 나머지 1상(W)의 전류 Iw는 도 4에 도시한 바와 같이 2상의 전류(Iu,Iv)의 합의 '-'값과 같다.

Iw = -(Iu + Iv)

다시 도 2로 돌아가서, 단계 S22를 통해 3상의 전류값이 모두 결정되면 3상의 전류값 중 각각 2상(U-V,U-W,V-W)의 전류값에 대한 극성을 비교하고, 서로 극성이 같을 경우와 다를 경우를 구분한다(S23). 즉, U상과 V상, U상과 W상, V상과 W상 각각에 대하여 전류의 극성을 비교한다.

그리고, 단계 S23에서 구분된 상태에 따라 전류가 정상적으로 센싱되고 있는지를 판단한다(S24).

도 5를 참조하여, 단계 S23과 S24를 수행하는 실시예를 구체적으로 설명하기로 한다.

도 5에는 3상 AC 모터에 흐르는 전류 및 전류에 대한 극성을 6개의 구간(MODE_1~MODE_6)으로 나누어 표시하였다. 상단의 3개의 정현파형은 3상 AC 모터(20)의 권선에 흐르는 전류를 나타낸 것이고, 그 아래의 U, V, W로 표시된 파형은 각 상의 전류에 대한 극성을 나타낸 것이다. 그리고 3상의 극성을 1과 0으로 나타내었으며, 그 아래에 U-W, V-W, U-V로 이루어지는 각 2상의 전류를 극성을 기준으로 모드별로 구분하여 표시하였다.

즉, 위의 그림에서와 같이 정상적인 AC 모터의 동작에서는 U-W, V-W, U-V로 이루어지는 각 2상 전류에 대하여 같은 극성(11 or 00)인 구간이 1번 있고 다른 극성인 구간(10 or 01)이 2번으로 규칙적으로 나타나고 있음을 알 수 있다. 그러므로, U상과 V상을 센싱하는 전류센서(41,42) 중 하나에서 미연결이나 파손이 발생하면 위와 같은 규칙성을 잃게 될 것이며, 이에 따라 고장을 감지할 수 있다.

이제 도 6을 참조하여, 이러한 규칙성을 통해 고장을 판별하는 방법을 구체적으로 설명하기로 한다.

도 6a는 각 상전류의 극성을 나타낸 것으로서 극성판별은 기준 전압(0 전류)을 갖고 비교기를 이용하여 구할 수 있다. 여기서, 양의 전류는 '1'로, 음의 전류는 '0'으로 표시하였다.

도 6b는 U상과 V상, U상과 W상, V상과 W상의 극성을 각각 비교하여 극성이 같으면 1로 표시하고 다르면 0으로 표시한 파형이다. 여기서 보는 바와 같이 2개 조합의 상이 정상적일 때 High(1)가 33.3%, Low(0)가 66.7%로 나타난다. 그러므로, 2상의 극성을 비교한 결과 파형의 듀티(duty)가 33.3%이면 정상으로 판단하고, 33.3%가 아니면 비정상(전류센서 미연결 또는 파손)으로 판단할 수 있다. 여기서 33.3%나 66.7%의 수치는 이론적인 값이며, 실제 적용시의 오차를 반영할 수 있는 것임은 물론이다.

도 7은 V상에 고장이 발생한 경우의 예를 도시한 것이다.

도 7a에는 V상에 고장이 발생하였을 때의 U상과 W상의 파형이 도시되어 있고, 도 7b에는 각 상의 극성을 나타내었다. 이 때, U상과 V상, U상과 W상, V상과 W상의 극성을 각각 비교하여 극성이 같으면 1로 표시하고 다르면 0으로 표시하면, 도 7c에 도시한 바와 같다.

즉, U-V상을 비교한 경우 50%, U-W상을 비교한 경우 0%, V상과 W상을 비교한 경우 50%의 듀티가 산출되므로, 고장 내지 미연결이 발생한 것으로 판단할 수 있게 된다.

본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 당업자에 의해 다양하게 변형하여 실시할 수 있는 것이다.

본 발명을 사용하면, 전동 지게차를 동작시키기 전에 전류 센서의 이상 유무를 판별할 수 있다. 이에 따라 실제 전류 센싱의 오류로 인해 전류 리미트 동작이 안되는 상황을 방지할 수 있게 되어 파워모듈의 파손을 사전에 방지할 수 있다. 뿐만아니라 콘트롤러의 내구성을 향상시키고 비정상적인 제어로 인한 차량의 오동작을 차단하여 운전의 안정성을 향상시킬 수 있게 된다.

Claims (2)

1. 전동 지게차의 AC 모터에 흐르는 2상(U,V)의 전류값을 전류센서를 이용하여 센싱하는 단계;

   상기 센싱한 2상의 전류값을 통해 나머지 1상(W)의 전류값를 계산하여 3상의 전류값을 획득하는 단계;

   상기 3상(U,V,W)의 전류값 중 각각 2상(U-V,U-W,V-W)의 전류값에 대한 극성을 비교하고, 서로 극성이 같을 경우와 다를 경우를 구분하는 단계; 및

   상기 구분된 상태에 따라 상기 전류센서에서 각 상(U,V)의 전류를 정상적으로 센싱하고 있는지를 판단하는 단계를 포함하며,

   상기 각 2상의 전류 값에 대한 극성을 비교한 결과는 하이(high)와 로우(low) 상태로 구분되는 펄스 형태로 표시하고, 상기 펄스의 듀티(duty)값을 기 규정된 값과 비교하여 상기 전류센서에서의 전류 센싱이 정상적으로 이루어지고 있는지를 판단하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전동 지게차에 있어서 AC 모터 전류센서의 고장 및 미연결 감지방법.
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