KR101238759B1 - 모터 구동 제어장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 모터 구동 제어장치에 관한 것으로, 모터 내부에 장착되고 로터의 회전위치를 감지하는 홀센서, 상기 홀센서로부터 감지된 로터의 회전위치에 기초해서 상기 모터의 현재 회전속도를 산출하여 상기 모터의 구동을 제어하는 제어부 및 상기 홀센서와 제어부 사이를 연결하는 전선에 혼입되는 복사노이즈를 차단하는 복사노이즈 차단부를 포함하고, 상기 복사노이즈 차단부는 상기 홀센서와 제어부를 연결하는 전선을 통해 혼입되는 복사노이즈를 필터링하는 필터부와 상기 전선을 통해 제어부로 인가되는 과전압을 차단하는 보호회로를 포함하는 구성을 마련한다.
상기와 같은 모터 구동 제어장치를 이용하는 것에 의해, 본 발명은 홀센서와 제어부 사이를 연결하는 전류를 통해 입력되는 복사노이즈를 차단하여 복사노이즈로 인한 오작동을 방지하고, 모터 내부에 구비된 로터의 회전위치를 정확하게 검출함으로써 모터의 회전속도를 정밀하게 제어할 수 있다.

Description

모터 구동 제어장치{APPARTUS FOR MOTOR DRIVE CONTROL}
본 발명은 모터 구동 제어장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 BLDC 모터의 회전위치를 감지하는 위치센서의 감지신호에 포함된 복사노이즈를 제거하여 모터의 구동을 정밀하게 제어하는 모터 구동 제어장치에 관한 것이다.
일반적으로, 하이브리드 차량(Hybrid Electric Vehicle)은 서로 다른 두 종류 이상의 동력원을 효율적으로 조합하여 차량을 구동시키는 것을 의미하고, 대부분의 경우는 연료를 사용하여 구동력을 얻는 엔진과 배터리 전력으로 구동되는 전기모터에 의해 구동력을 얻는 차량을 일컫는다.
최근 연비를 개선하고 보다 친환경적인 제품을 개발해야 한다는 시대적 요청에 부응하여 하이브리드 차량에 대한 연구가 더욱 활발히 진행되고 있다.
하이브리드 차량은 엔진과 전기모터를 동력원으로 하여 다양한 구조를 형성할 수 있는데, 현재까지 연구되고 있는 하이브리드 차량은 병렬형이나 직렬형 중 하나를 채택하고 있다.
본 출원인은 대한민국 특허출원번호 제10-2008-0071452호(2008년 7월 23일 출원), 제10-2008-0085730호(2008년 9월 1일 출원), 제10-2009-0026798호(2009년 3 월 30일 출원), 제10-2009-0027919호(2009년 4월 1일 출원) 등에 하이브리드 차량용 오일펌프 구동장치를 개시하여 출원한 바 있다.
한편, 하이브리드 차량은 엔진과 전기모터 사이에 구비된 엔진 클러치와 변속기에 필요한 작동유를 공급하기 위하여 오일펌프(Oil Pump)를 구비하고 있으며, 이는 엔진의 폭발행정에서 발생된 열로 인해 실린더, 피스톤, 크랭크축 베어링, 캠축 베어링 등으로 작동유의 공급을 도모하고 있다.
이때, 오일펌프는 HCU가 차량의 운행 상태 및 운전자 조작 상태에 따라 목표 회전수를 결정한 뒤, 이를 MCU로 송신하면 목표 회전수에 따라 오일펌프 구동용 모터를 제어하고, 이에 목표 회전수에 따라 제어되는 오일펌프 구동용 모터에 의해 오일펌프가 작동되면서 엔진 클러치 및 변속기에 필요한 작동유를 공급하게 된다.
그리고 하이브리드 제어 유닛 HCU(Hybrid Control Unit)와 모터 제어 유닛 MCU(Motor Control Unit)는 CAN 통신을 통해 오일펌프 구동용 모터의 목표 회전수 및 실제 회전수, 오일펌프의 운전 상태, 즉 정상 또는 고장상태 등의 정보를 주고받으며 제어를 실시한다.
여기서, MCU에서는 차량의 운행 상태 및 운전자 조작 상태에 따라 목표 회전수를 산출하고, 목표 회전수에 따라 오일펌프 구동용 모터를 제어함으로써, 엔진 클러치 및 변속기에 필요한 작동유를 공급하게 된다.
이때, 오일펌프 구동용 모터는 일반적으로 높은 효율과 장 수명 및 신뢰성 확보를 위하여 블러시리스 직류모터(Brushless Direct Current Motor, 이하 '모터'라 함)를 구비한다.
그리고 모터에는 로터(Rotor)의 위치에 따른 자기장의 변화를 감지하는 홀센서가 장착된다.
따라서 MCU는 홀센서의 감지신호에 따라 로터의 위치를 판단하여 모터 스위칭 신호의 입력주기를 변동시켜 모터의 회전속도를 상기 목표 회전수로 유지하도록 제어한다.
한편, MCU와 홀센서는 전선을 통해 연결되는데, 오일펌프 구동용 모터는 엔진의 하부에 설치되고 MCU는 모터와 일정거리, 예컨대 약 1.5m 이상 이격되어 설치됨에 따라 상기 전선을 통해 MCU로 전달된 감지신호에는 차량에서 발생된 복사노이즈 성분이 포함된다.
이로 인해, 종래의 하이브리드 차량에 적용되는 모터 구동 제어장치는 복사노이즈에 의해 왜곡된 감지신호를 전달받게 됨에 따라, MCU에서 산출된 모터의 회전위치 및 회전속도가 부정확하여 모터를 목표 회전수로 정밀하게 제어하는데 한계가 있었다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 모터 내부에 구비된 로터의 위치를 감지한 홀센서의 감지신호에 포함된 복사노이즈를 제거하여 모터의 회전속도를 정밀하게 제어하는 모터 구동 제어장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 모터제어장치에서 모터의 회전속도를 정확하게 제어할 수 있도록 모터의 회전위치를 정확하게 감지하여 전달하는 모터의 회전위치 감지장치를 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 모터 내부에 장착되고 로터의 회전위치를 감지하는 홀센서, 상기 홀센서로부터 감지된 로터의 회전위치에 기초해서 상기 모터의 현재 회전속도를 산출하여 상기 모터의 구동을 제어하는 제어부 및 상기 홀센서와 제어부 사이를 연결하는 전선에 혼입되는 복사노이즈를 차단하는 복사노이즈 차단부를 포함하고, 상기 복사노이즈 차단부는 상기 홀센서와 제어부를 연결하는 전선을 통해 혼입되는 복사노이즈를 필터링하는 필터부와 상기 전선을 통해 제어부로 인가되는 과전압을 차단하는 보호회로를 포함한다.
상기 필터부는 상기 홀센서에 접속되는 커넥터와 상기 제어부를 연결하는 제 1 내지 제 3전선과 접지라인 사이에 구비되는 로우 패스 필터와 상기 제 1 내지 제 3전선을 통해 각각 인가되는 직류구동전원의 전압레벨을 풀업하는 풀업저항을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 풀업저항은 각각 상기 제 1 내지 제 3전선의 길이에 대응되는 저항값으로 설정되는 것을 특징으로 한다.
상기 풀업저항은 상기 직류구동전원의 입력전류를 높여 상기 복사노이즈 내성을 증가시키도록 설정 가능한 저항값 중에서 최소 저항값으로 설정되는 것을 특징으로 한다.
상기 로우 패스 필터는 상기 제 1 내지 제 3전선과 접지라인 사이에 각각 연결되는 제 1 내지 제 3커패시터를 구비하고, 상기 보호회로는 상기 제 1 내지 제 3전선에 각각 연결되는 제 1 내지 제 3다이오드를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 홀센서와 제어부 사이를 연결하는 전선을 통해 혼입되는 복사노이즈를 차단하여 복사노이즈로 인한 오작동을 방지하고, 모터 내부에 구비된 로터의 회전위치를 정확하게 검출함으로써 모터의 회전속도를 정밀하게 제어할 수 있다.
그리고 본 발명은 외부의 요인에 의해 발생하여 홀센서와 제어부 사이를 연결하는 전선을 통해 혼입되어 모터의 구동을 제어하는데 악영향을 미치는 노이즈 성분, 회로에 구비된 커넥터를 연결하거나 해제하는 경우 발생되는 과전압, 전선의 단선이나 단락에 의한 과전압, 정전기로 인한 서지전압 등을 포함하는 복사 노이즈를 차단할 수 있다.
전자파 내성(Electromagnetic susceptibility, EMS) 실험결과에 따르면, 본 발명은 1.5m의 전선을 사용하는 경우, 1㏀의 풀업저항을 사용하여 홀센서에 약 5㎃의 입력전류를 인가함으로써 200㎒ 이하의 주파수 대역에 대한 복사노이즈를 차단하였다.
결국, 본 발명은 풀업저항의 영향으로 홀센서 입력전류를 증가시켜 복사노이즈 내성을 증대시키는 효과를 가진다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 모터 구동 제어장치의 구성도.
도 2는 도 1에 도시된 복사노이즈 차단부의 상세 회로도.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 모터의 회전위치 감지장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
본 실시 예에서는 하이브리드 차량의 오일펌프용 모터의 구동을 제어하는 모터 구동 제어장치를 이용하여 설명하지만, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
즉, 본 발명은 홀센서를 이용해 감지된 BLDC 모터 내부에 구비된 로터의 회전위치를 감지하여 모터의 구동을 제어하는 다양한 모터 구동 제어장치에 적용될 수 있음에 유의하여야 한다.
본 명세서에서 사용하는 용어 '복사노이즈'는 외부의 요인에 의해 발생하여 홀센서와 제어부 사이를 연결하는 전선을 통해 혼입되어 모터의 구동을 제어하는데 악영향을 미치는 모든 노이즈성분을 말하며, 회로에 구비된 커넥터를 연결하거나 해제하는 경우 발생되는 과전압, 전선의 단선이나 단락에 의한 과전압, 정전기로 인한 서지전압 등을 포함한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 모터 구동 제어장치의 구성도이고, 도 2는 도 1에 도시된 복사노이즈 차단부의 상세 회로도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 모터 구동 제어장치(10)는 오일펌프용 BLDC 모터(이하, '모터'라 약칭함)(20) 내부에 장착되고 로터(Rotor, 도면 미도시)의 회전위치를 감지하는 홀센서(30), 홀센서(30)로부터 감지된 로터의 회전위치에 기초해서 모터(20)의 현재 회전속도를 산출하여 모터(20)의 구동을 제어하는 제어부(50) 및 홀센서(30)와 제어부(50) 사이를 연결하는 전선을 통해 혼입되는 복사노이즈를 차단하는 복사노이즈 차단부(40)를 포함한다.
본 실시 예에서는 설명의 편의를 위하여 모터(20)에 구동전원을 인가하는 전원공급부, 모터(20)의 구동을 제어하기 위한 모터 구동부, 게이트 드라이버 및 모터 컨트롤러, 그리고 모터 구동 제어장치(10) 전체를 제어하는 중앙처리장치를 통칭하여 제어부(50)라 하고, 제어부(50)에 포함된 각 장치에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
홀센서(30)는 모터(20)의 회전축 근처에 3개가 (-)접지되어 설치되고, 모터(20) 구동시 모터(20) 내부에 구비된 로터가 접근하면 턴 온 상태가 되고, 로터가 멀어지면 턴 오프 상태가 된다.
이에 따라, 제어부(50)는 홀센서(30)의 온 오프 상태에 따라 로터의 회전위치를 판단하고, 로터의 회전위치 변화량을 이용하여 모터(20)의 회전속도를 산출한다.
복사노이즈 차단부(40)는 홀센서(30)와 제어부(50)를 연결하는 전선(W)을 통해 입력되는 복사노이즈를 필터링하는 필터부(41)와 전선(W)을 통해 제어부(50)로 인가되는 과전압을 차단하는 보호회로(42)를 포함한다.
보호회로(42)는 커넥터를 연결하거나 해제하는 경우, 전선의 단선 및 단락이 발생되는 경우, 정전기에 의한 서지전압과 같이 외부적인 요인에 의해 발생되는 과전압이 제어부(50)로 전달되는 것을 차단한다.
도 2를 참조하여 복사노이즈 차단부의 구성을 상세하게 설명한다.
복사노이즈 차단부(40)는 도 2에 도시된 바와 같이, 홀센서(20)에 접속되는 커넥터(43)와 제어부(50)를 연결하는 제 1 내지 제 3전선(W1 내지 W3)과 접지라인(GND) 사이에 구비되는 로우 패스 필터(Low Pass Filter, LPF), 제 1 내지 제 3전선(W1 내지 W3)을 통해 홀센서(30)로 인가되는 직류구동전원(VCC)의 전압레벨을 풀업(Pull-up)하는 풀업저항(PR) 및 제 1 내지 제 3전선(W1 내지 W3)의 제 1 내지 제 3노드(N1 내지N3)와 풀업된 직류구동전원(VCC)이 입력되는 제 4 내지 제 6노드(N4 내지 N6) 사이에 연결되는 제 1 내지 제 3다이오드(D1 내지 D3)를 포함한다.
즉, 필터부(41)는 제 1 내지 제 3전선(W1 내지 W3)의 제 1 내지 제 3노드(N1 내지 N3)와 접지라인(GND) 사이에 각각 연결되는 제 1 내지 제 3커패시터(C1 내지 C3)를 포함한 로우 패스 필터(LPF) 및 직류구동전원(VCC)과 제 4 내지 제 6노드(N4 내지 N6) 사이에 각각 연결되는 제 1 내지 제 3저항(N1 내지 N3)을 포함한 풀업저항(PR)으로 이루어진다.
제 1 내지 제 3커패시터(C1 내지 C3)는 20 내지 200㎒의 주파수를 갖는 복사노이즈를 필터링하는 역할을 하고, 제 1 내지 제 3저항(R1 내지 R3)은 각각 3개의 홀센서(30)에 입력되는 직류구동전압(VCC)의 전압레벨을 '하이' 레벨 또는 '로우' 레벨로 풀업하는 역할을 한다.
제 1 내지 제 3저항(R1 내지 R3)의 저항값은 전선(W)의 길이에 대응하여 설정된다.
보호회로(42)의 제 1 내지 제 3다이오드(D1 내지 D3)는 각각 제 1 내지 제 3전선(W1 내지 W3)을 통해 혼입된 과전압이 제어부(50)로 인가되는 것을 차단하는 역할을 한다.
이에 따라, 본 발명에 따른 모터 구동 제어장치는 홀센서와 제어부 사이를 연결하는 전선을 통해 입력되는 복사노이즈를 차단하여 로터의 회전위치를 정확하게 판단하고, 판단 결과에 따라 모터의 현재 회전속도를 산출하여 모터의 구동을 정밀하게 제어한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 모터 구동 제어장치의 작동방법을 상세하게 설명한다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 모터 구동 제어장치의 작동방법은 이그니션 키(도면 미도시)가 조작되어 배터리전원을 인가받아 제어부(50)가 차량의 메인제어부로부터 모터(20)의 목표 회전수를 전달받아 모터(20)를 구동시키면서 시작된다.
이와 같이 모터(20)가 구동되면, 홀센서(30)는 모터(20) 내부에 장착되고 로터의 접근 여부에 따라 턴 온 또는 턴 오프된다.
그러면 제어부(50)는 홀센서(30)의 온 오프 상태에 따라 로터의 회전위치를 검출하여 모터(20)의 현재 회전속도를 산출하고, 산출된 현재 회전속도가 목표 회전수와 동일해지도록 모터(20)의 구동을 제어한다.
이때, 홀센서(30)와 제어부(50) 사이에 구비된 복사노이즈 차단부(40)의 풀업저항(PR)은 직류구동전원(VCC)의 전압레벨을 풀업하고, 로우 패스 필터(LPF)는 풀업된 직류구동전원(VCC)에 포함된 복사노이즈를 필터링하여 커넥터(43)를 통해 홀센서(30)로 인가한다.
만약, 커넥터(43)의 연결이나 해제, 전선(W)의 단선이나 단락, 정전기 등으로 인한 과전압이 발생되면, 보호회로(42)는 과전압이 전선(W)을 통해 제어부(50)로 전달되는 것을 차단하여 제어부(50)를 보호한다.
표 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 모터 구동 제어장치의 방사 면역성 실험결과 테이블이다.
순번 풀업저항(㏀) 직류구동전원(V) 홀센서 입력전류(㎃) 결과 NG 주파수(㎒)
1 3 5 1.7 NG 160
2 2 5 2.5 NG 180
3 1 5 5 OK -
방사 면역성(Radiated Immunity)은 공기 중을 통해 전파되어 들어온 전자파 에너지에 견디는 제품의 상대적인 능력을 말하는 것으로, 최근 전자파(eletromagnetic)에 대한 제품의 내성(susceptibility)을 판단하는 기준으로 사용되는 시험기준 중 하나로 사용되고 있다.
표 1에 기재된 바와 같이, 본 발명의 모터 구동 제어장치(10)는 20~200㎒ 사이의 주파수에서 내성을 시험한 방사 면역성 실험 결과, 홀센서(30) 입력전류가 높을수록 NG 주파수가 높아지면서 입력전류가 5㎃가 되었을 때 복사노이즈를 차단하는 효과를 보였다.
따라서 본 발명은 1.5m의 전선을 사용하는 경우, 실험에 사용된 설정 가능한 저항값, 예컨대 3,2,11㏀ 중에서 최소 저항값인 1㏀의 풀업저항을 사용하여 홀센서에 약 5㎃의 입력전류를 인가함으로써 200㎒ 이하의 주파수 대역에 대한 복사노이즈를 차단하였다.
결국, 본 발명은 풀업저항의 영향으로 홀센서 입력전류를 증가시켜 복사노이즈 내성을 증대시킬 수 있다.
상기한 바와 같은 과정을 통하여, 본 발명은 홀센서와 제어부 사이를 연결하는 전선을 통해 혼입되는 복사노이즈를 차단하여 복사노이즈로 인한 오작동을 방지하고, 모터 내부에 구비된 로터의 회전위치를 정확하게 검출함으로써 모터의 회전속도를 정밀하게 제어할 수 있다.
본 발명의 권리범위는 위에서 설명된 실시 예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.
10: 모터 구동 제어회로 20: 모터
30: 홀센서 40: 복사노이즈 차단부
41: 필터부 42: 보호회로
43: 커넥터 50: 제어부
LPF: 로우 패스 필터 PR: 풀업저항
C1 내지 C3: 커패시터 R1 내지 R3: 저항
W,W1 내지 W3: 전선 D1 내지 D3: 다이오드

Claims (5)

  1. 모터 내부에 장착되고 로터의 회전위치를 감지하는 홀센서,
    상기 홀센서로부터 감지된 로터의 회전위치에 기초해서 상기 모터의 현재 회전속도를 산출하여 상기 모터의 구동을 제어하는 제어부 및
    상기 홀센서와 제어부 사이를 연결하는 전선에 혼입되는 복사노이즈를 차단하는 복사노이즈 차단부를 포함하고,
    상기 복사노이즈 차단부는 상기 홀센서와 제어부를 연결하는 전선을 통해 혼입되는 복사노이즈를 필터링하는 필터부와
    상기 전선을 통해 제어부로 인가되는 과전압을 차단하는 보호회로를 포함하며,
    상기 과전압은 회로에 구비된 커넥터를 연결하거나 해제하는 경우 발생되는 과전압, 전선의 단선이나 단락에 의한 과전압, 정전기로 인한 서지전압 중 어느 하나 이상을 포함하며,
    상기 필터부는 상기 홀센서에 접속되는 커넥터와 상기 제어부를 연결하는 제 1 내지 제 3전선과 접지라인 사이에 구비되는 로우 패스 필터와
    상기 제 1 내지 제 3전선을 통해 각각 인가되는 직류구동전원의 전압레벨을 풀업하는 풀업저항을 포함하고,
    상기 풀업저항은 각각 상기 제 1 내지 제 3전선의 길이에 대응되는 저항값으로 설정되며, 상기 직류구동전원의 입력전류를 높여 상기 복사노이즈 내성을 증가시키도록 설정 가능한 저항값 중에서 최소 저항값으로 설정되는 것을 특징으로 하는 모터 구동 제어장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 로우 패스 필터는 상기 제 1 내지 제 3전선과 접지라인 사이에 각각 연결되는 제 1 내지 제 3커패시터를 구비하고,
    상기 보호회로는 상기 제 1 내지 제 3전선에 각각 연결되는 제 1 내지 제 3다이오드를 구비하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 제어장치.
KR1020100136232A 2010-12-28 2010-12-28 모터 구동 제어장치 KR101238759B1 (ko)

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