KR101232915B1

KR101232915B1 - 전기 구동 모터에서 토크를 제한하기 위한 방법 및 장치

Info

Publication number: KR101232915B1
Application number: KR1020117010480A
Authority: KR
Inventors: 제임스 제이 딘
Original assignee: 켈시-헤이즈 컴파니
Priority date: 2008-10-22
Filing date: 2009-10-06
Publication date: 2013-02-13
Also published as: DE112009002583T5; CN102204080A; US8212511B2; KR20110066228A; WO2010047944A3; US20100097732A1; WO2010047944A2; CN102204080B

Abstract

전기 모터(12)를 구동하기 위해 구동 전류를 공급하는 단계(106)를 포함하는, 전기 모터의 토크를 제어하기 위한 방법(100)이 제공된다. 전기 모터의 속도가 모니터링되고(108), 모니터링된 속도로부터 모터가 정상상태에 도달한 때가 결정된다(110). 만일 전기 모터가 정상상태에 도달한 후 구동 모터의 모니터링된 토크가 미리결정된 값을 초과하면(114) 공급 전류가 턴오프된다(118).

Description

전기 구동 모터에서 토크를 제한하기 위한 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR LIMITING TORQUE IN AN ELECTRIC DRIVE MOTOR}

본 발명은 전기 모터에 관한 것으로, 더 구체적으로는, 전기 구동 모터에서 토크를 제한하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.

전기 모터는 종종 작업물을 구동하기 위해 사용된다. 모터의 출력과 구동되는 작업물간의 접속은 구동 연결부를 통해 이루어질 수 있다. 전기 구동 모터의 출력 힘은 상당할 수 있다.

만일 작업물이 이동에 대해 과도한 저항에 직면하거나 장애물에 의해 이동이 중단되면, 구동 모터의 출력 힘은 접속 연결부에 손상을 미칠 수 있다.

본 발명은 전기 모터의 출력 속도가 정상상태 구동 조건, 즉, 정상상태 구동 속도에 도달한 후에만 전기 구동 모터로부터의 출력 토크의 과도한 양을 모니터링한다.

본 발명의 한 예시적 실시예에 따르면, 전기 모터를 구동하기 위해 구동 전류를 공급하는 단계를 포함하는, 전기 모터의 토크를 제어하기 위한 방법이 제공된다. 전기 모터의 속도가 모니터링되고, 모니터링된 속도로부터 모터가 정상상태에 도달한 때가 결정된다. 만일 전기 모터가 정상상태에 도달한 후 구동 모터의 모니터링된 토크가 미리결정된 값을 초과하면 공급 전류가 턴오프된다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 전기 모터를 구동하기 위해 구동 전류를 공급하기 위한 모터로의 구동 전류 접속부를 포함하는, 전기 모터의 토크를 제어하기 위한 장치가 제공된다. 전기 모터의 속도를 감지하기 위해 속도 센서가 모터에 접속되고, 전기 모터의 출력 토크를 감지하기 위해 토크 센서가 모터에 접속된다. (1) 전기 모터의 감지된 속도로부터 모터가 정상상태에 도달한 때를 검출하고, (2) 전기 모터가 정상상태 조건에 도달한 후에 미리결정된 값을 초과하면 구동 회로를 턴오프하기 위해, 모터, 구동 회로, 및 속도 센서에 모터 제어기가 접속된다.

전기 모터의 토크를 제어하기 위한 방법 및 장치가 제공된다.

첨부된 도면을 참조하여 이하의 상세한 설명을 참조할 때 본 발명의 전술된 및 기타의 특징 및 잇점들이 당업자에게 명백할 것이다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따르면 토크를 제한하는 모터 구동 특징을 갖는 모터 구동 회로의 개략적 블럭도이다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따르면 토크 제한 모터 속도 제어 프로세스의 흐름도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 한 실시예에 따라 만들어진 모터 구동 회로(10)가 전기 모터(12)에 접속된다. 전기 모터는 적절한 접속 연결부(16)를 통해 작업물(14)에 연동된다. 연결부(16)는 전기 모터(12)의 출력 샤프트(미도시)와 작업물(14)에 접속되어, 전기 모터(12)의 출력 샤프트가 한 방향으로 회전할 때, 작업물(14)은 제1 방향으로 피봇 포인트(18) 주위를 회전하고, 전기 모터(12)의 출력 샤프트가 제2 방향으로 회전할 때, 작업물(14)은 제2 방향으로 피봇 포인트(18) 주위를 회전한다.

모터 구동 회로(10)는 구동 회로(22, 24)를 통해 전기 모터(12)에 접속된 전자 제어 유닛("ECU")(20)을 포함한다. 입력 명령 인터페이스(30)는 ECU(20)에 접속되고 작업물(14)의 원하는 위치를 표시하기 위해 ECU에 명령 신호를 제공한다. ECU는 개별 회로, 주문형 집적 회로("ASIC")를 이용하여 형성되거나, 마이크로컴퓨터일 수 있다. 본 발명의 한 실시예에 따르면, 작업물(14)은, 클라이밋 제어 시스템이라고 알려진, 차량 난방, 환기, 및 공기 조절("HVAC") 시스템 내의 가동 댐퍼(movable damper)일 수 있다. 가동 댐퍼는 시스템의 공기 덕트(미도시) 내의 공기 흐름을 제어하기 위해 사용된다. 만일 덕트 내에 무언가가 머물러 있어 댐퍼(14)의 정상적 움직임을 방해한다면, 전기 모터(12)의 구동력은 연결부(16)에 손상을 초래할 수 있다.

모터 속도 센서(40)는 모터의 출력 샤프트의 출력 속도를 검출하고 검출된 모터 속도를 나타내는 특징을 갖는 전기 출력 신호를 제공하기 위해 모터(12)의 출력에 연동된다. 모터 속도 센서(40)의 출력은 ECU가 모터 속도를 모니터링할 수 있도록 ECU(20)의 입력에 접속된다.

모터 속도는 몇가지 방식들 중 임의의 방식으로 감지될 수 있다. 본 발명의 한 실시예에 따르면, 모터 속도는 샤프트 회전당 전기 펄스의 미리결정된 갯수를 제공하는 모터의 출력 샤프트에 접속된 인코더를 이용하여 감지될 수 있다. 단위 시간당 펄스를 계수함으로써, 모터 속도가 결정될 수 있다. 또 다른 실시예에 따르면, 복수의 홀(hole)을 갖는 모터 샤프트의 끝에 디스크가 부착되고, 디스크 한 면 상에는 광원을 가지며, 다른 면 상에는 광원과 정렬된 광학 검출기를 가진다. 디스크가 회전함에 따라, 검출기에서 펄스가 발생할 것이다. 광학 검출기에 의해 감지된 단위시간당 펄스는 모터 속도의 표시가 될 것이다. 다시 한번, 당업자는 본 발명에서 사용될 수 있는 모터 속도 검출의 다른 방식들을 이해할 것이다.

모터 토크 센서(44)는, 모터의 출력 토크를 감지하고 감지된 모터 토크를 나타내는 특성을 갖는 전기 출력 신호를 제공하기 위해 모터(12)에 연동된다. 모터 토크 센서(44)의 출력은 ECU가 모터 토크를 모니터링할 수 있도록 ECU(20)의 입력에 접속된다.

모터 토크는 몇가지 방식들 중 임의의 방식으로 감지될 수 있다. 본 발명의 한 실시예에 따르면, 모터 토크는 모터 전류를 모니터링함으로써 감지될 수 있다. 모니터링된 모터 전류가 증가함에 따라, 토크는 증가한다. 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 증가된 토크는 ECU(20)에 의해 모터 감속 명령이 내려지지 않았을 때 모터의 감속을 모니터링함으로써 결정될 수 있다. 모터가 감속되고 있다면, 작업물(14) 상의 증가된 부하가 모니터 감속을 유발하고 있기 때문에, 모터 토크는 증가하고 있다. 다시 한번, 당업자라면 모터 토크를 감지하기 위한 다른 방식을 이해할 것이다. 예를 들어, 증가된 토크에 기계적으로 응답하여 이를 나타내는 전기 신호를 제공하는 기계적 타입의 토크 센서 그 자체가 모터의 출력 샤프트와 작업물(14) 사이에 결합될 수 있다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 한 실시예에 따라 토크를 제한하는 제어 프로세스(100)가 이해될 것이다. 이 프로세스는, 메모리가 클리어되고 리셋되며 플래그들이 초기 조건 등으로 세트되는 단계(102)에서 시작한다. 단계(104)에서, 모터(12)가 통전되는지의 여부, 즉, 입력 명령(30)으로부터 명령이 수신되었는지의 여부에 관해 결정이 이루어진다. 만일 단계(104)에서의 결정이 부정적이면, 프로세스는 되돌아가서 명령이 수신되기를 기다린다. 단계(104)에서의 결정이 긍정적이면, 프로세스는 단계(106)로 가고, 그 곳에서 모터 전류가 구동 회로(22, 24)를 통해 모터(12)에 인가된다.

모터 구동 전류가 모터(12)에 먼저 인가되면, 전류의 갑작스런 유입이 있게 된다. 모터(12)에 의해 인가되고 있는 과도한 모터 토크를 검출하는 한 방식은 미리결정된 값보다 큰 모터 전류를 모니터링하는 것이다. 본 발명의 한 실시예에 따르면 정상적인 전류 유입 사건의 결과로서의 모터 기동 동안에 과도한 토크 과부하 조건이라는 잘못된 결정을 방지하는 것은, 모터 전류가 모니터링되기 전의 정상상태 동작 속도에 모터가 도달할 때까지 기다리는 것이다. 단계(108)에서 모터 속도가 모니터링된다. 단계(110)에서, 모터(12)가 정상상태 속도에 도달했는지의 여부, 즉, 모터(12)가 가속을 멈췄는지에 관해 결정이 이루어진다. 만일 단계(110)에서의 결정이 부정적이면, 프로세스는 단계(108)로 되돌아가서 모터가 가속을 멈출때까지 단계(108, 110) 루프를 계속한다. 단계(110)에서의 결정이 긍정적이면, 프로세스는 단계(112)로 가서, 그 곳에서 모터 토크가 모니터링된다. 언급한 바와 같이, 모터 토크는 모터 전류를 모니터링함으로써 모니터링될 수 있거나, 모터 출력의 감속을 모니터링하거나 토크 센서 그 자체를 사용하는 것과 같은 다른 방식으로 모니터링될 수 있다.

단계(112)로부터, 프로세스는 단계(114)로 가고, 그 곳에서 모터(12)의 출력 토크가 미리결정된 임계치를 초과했는지의 여부에 관해 결정이 이루어진다. 만일 토크가 모터 전류에 의해 측정되고 있다면, 토크가 임계치보다 크다라는 것은 전류가 임계치보다 큰 것에 의해 결정된다. 만일 토크 과부하를 검출하기 위해 모터 감속이 모니터링되고 있다면, ECU에 의해 어떠한 감속도 명령되지 않았을 때 미리결정된 값보다 큰 감속은 토크 과부하를 나타낸다. 만일 단계(114)에서의 결정이 부정적이면, 프로세스는 단계(116)로 가서, 그 곳에서 모터가 작업물(14)을 구동했는지의 여부, 즉 모터의 출력 샤프트의 위치를 원하는 위치로 구동했는지의 여부에 관해 결정이 이루어진다. 만일 결정이 긍정적이면, 프로세스는 박스(118)로 가서, 그 곳에서 모터가 턴오프되고 프로세스는 단계(104)로 되돌아간다. 만일 단계(114)에서의 결정이 긍정적이면, 단계(120)에서 구동 전류가 턴오프되고 프로세스는 단계(104)로 되돌아간다.

본 발명의 전술된 설명으로부터, 당업자는 개선, 변경 및 수정을 이해할 것이다. 이와 같은 개선, 변경 및 수정은 첨부된 특허청구범위 내에 포함된다.

10: 모터 구동 회로
2: 전기 모터
20: 전자 제어 유닛(ECU)
22, 24: 구동 회로
30: 입력 명령
40: 모터 속도 센서
44: 모터 토크 센서

Claims

전기 모터의 토크(torque)를 제어하기 위한 방법에 있어서,
상기 전기 모터를 구동하기 위해 구동 전류를 공급하는 단계와;
상기 전기 모터의 속도를 모니터링하는 단계와;
상기 전기 모터의 모니터링된 속도로부터 상기 전기 모터가 정상상태 조건에 도달한 때를 결정하는 단계와;
상기 전기 모터가 정상상태 조건에 도달하였다는 결정에 응답하여, 상기 전기 모터의 토크를 모니터링하는 단계와;
상기 전기 모터가 상기 정상상태 조건에 도달한 후에 상기 전기 모터의 모니터링된 토크가 미리결정된 값을 초과하면 상기 구동 전류를 턴오프하는 단계
를 포함하고,
상기 전기 모터의 토크를 모니터링하는 단계는 모터 감속을 모니터링하는 단계를 포함하고, 상기 구동 전류를 턴오프하는 단계는, 상기 정상상태 조건에 도달된 후 모니터링된 모터 감속이 미리결정된 문턱값(threshold)를 초과할 때 발생하는 것인, 전기 모터의 토크 제어 방법.
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전기 모터의 토크를 제어하기 위한 장치에 있어서,
상기 전기 모터에 접속되어 상기 전기 모터를 구동하도록 구동 전류를 공급하기 위한 구동 회로;
상기 전기 모터에 접속되어 상기 전기 모터의 속도를 감지하기 위한 속도 센서;
상기 전기 모터에 접속되어 상기 전기 모터의 출력 토크를 감지하기 위한 토크 센서;
상기 전기 모터, 상기 구동 회로, 및 상기 속도 센서에 접속되어, (1) 상기 전기 모터의 감지된 속도로부터 상기 전기 모터가 정상상태 조건에 도달한 때를 결정하고, (2) 상기 전기 모터가 상기 정상상태 조건에 도달한 후에 상기 전기 모터의 감속에 의해 표시되는 감지된 토크가 미리결정된 값을 초과하면 상기 구동 회로를 턴오프하기 위한 모터 제어기
를 포함하는 전기 모터의 토크 제어 장치.
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전기 모터의 토크를 제어하기 위한 장치에 있어서,
상기 전기 모터에 접속되어 상기 전기 모터를 구동하도록 구동 전류를 공급하기 위한 구동 회로;
상기 전기 모터에 접속되어 상기 전기 모터의 속도를 감지하기 위한 속도 센서;
상기 전기 모터에 접속되어 상기 전기 모터의 출력 토크를 감지하기 위한 토크 센서;
상기 전기 모터, 상기 구동 회로, 및 상기 속도 센서에 접속되어, (1) 상기 전기 모터의 감지된 속도로부터 상기 전기 모터가 정상상태 조건에 도달한 때를 결정하고, (2) 상기 전기 모터가 상기 정상상태 조건에 도달한 후에 상기 전기 모터의 감지된 토크가 미리결정된 값을 초과하면 상기 구동 회로를 턴오프하기 위한 모터 제어기;
차량 난방(heating), 환기(ventilating), 및 공기 조절(air conditioning) 시스템의 가동 댐퍼; 및
상기 전기 모터의 작동이 상기 댐퍼를 이동시키도록 상기 가동 댐퍼를 상기 전기 모터에 접속시키는 연결부
를 포함하는 전기 모터의 토크 제어 장치.