KR101318686B1 - 차량 공조기에 설치되는 블로워 모터의 제어방법 - Google Patents

차량 공조기에 설치되는 블로워 모터의 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 목적은 입력전압의 변동이 있더라도 차량 공조기의 성능이 일정하게 유지될 수 있는 블로워 모터의 제어방법을 제공하는 것이다. 이에 따라 본 발명은 차량 공조기에 설치되는 블로워용 비엘디씨(BLDC) 모터의 구동을 제어하는 제어방법에 있어서, 상기 모터의 인버터부에 공급되는 디씨링크(DC-link)전압을 디씨링크전압검출부에 의해서 측정하는 디씨링크전압측정단계; 측정된 상기 디씨링크전압을 기준전압과 비교하는 전압비교단계; 상기 전압비교단계에서 상기 디씨링크전압검출부(50)에 의해서 측정된 디씨링크전압과 상기 기준전압에 차이가 발생하는 경우, 전압보상부에 의해 전압을 보상하는 전압보상단계; 상기 전압보상단계 후, PWM제어부에 의해서 피더블유엠 듀티비를 구간별로 구분하여 상기 구간에 따른 속도지령을 생성하는 속도지령생성단계; 및, 생성된 속도지령에 따른 지령속도와 상기 모터의 실제 속도를 측정한 센싱속도를 비교하여 양자가 불일치하는 경우에는 상기 PWM제어부의 속도지령을 보상하도록 하는 속도지령보상단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

차량 공조기에 설치되는 블로워 모터의 제어방법{A motor controlling method for air-conditioner blower of vehicle}
본 발명은 차량 공조기에 설치되는 블로워 모터의 제어방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 차량 공조기의 블로워를 구동하는 모터가 차량 배터리의 전압변동에 의해서도 모터의 출력이 일정하게 유지되도록 구동시키는 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로, 운전자에게 쾌적한 운전환경을 제공할 수 있도록 대부분의 차량에 공조기가 설치되며, 공조기의 블로워를 가동시키기 위해 모터의 운전을 제어하는 제어장치가 필요하게 된다. 상기 공조기가 에어컨인 경우, 모터의 작동으로 블로워가 공기를 흡입하여 압송하면 압송된 공기가 증발기를 통과하면서 냉각되어 설정된 송풍량으로 조절된 온도의 공기가 차량의 실내에 공급될 수 있다.
상기 블로워의 구동을 위해 사용되는 모터는 비엘디씨(BLDC) 모터로서 브러쉬와 정류자 대신 트랜지스터나 MOSET을 이용한 전자회로에 의해 스위칭하여 구동되고 있다.
상기 외부의 공기를 차량 내로 압송하도록 상기와 같은 비엘디씨 모터의 사용시 차량의 배터리 전압의 변동에 따라 상기 모터에 입력되는 전압의 변동이 발생하고, 입력전압의 변동은 회전속도(rpm)의 변동을 초래한다. 이에 따라, 차량 배터리의 전압이 일정하지 않을 경우 블로워 모터의 성능을 일정하게 유지하기 어려운 문제가 있다.
도 1은 그와 같은 블로워 모터의 특성을 나타내고 있는 것으로서, 피더블유엠 듀티비(PWM duty ratio)에 따른 회전수(rpm)의 측정결과를 블로워 모터에 입력되는 각 전압크기별로 도시하고 있다. 그래프를 살펴보면 입력전압이 기준전압보다 높을 경우에는 모터출력(RPM)이 높고, 반대로 입력전압이 기준전압보다 낮을 경우에는 출력이 낮아지는 것으로 나타난다.
그러한 결과에서 도시하는 바와 같이, 동일한 듀티비에 대하여 입력전압의 크기가 달라지면 회전수(rpm)에도 상당한 차이가 발생하고, 이에 따라 차량의 블로워 모터에 입력되는 전압의 변동이 공조기의 성능변화를 초래하고 있음을 알 수 있다.
한국등록특허공보 제10-0608215호 한국등록특허공보 제10-0858534호 한국등록특허공보 제10-0339266호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 입력전압의 변동이 있더라도 차량 공조기의 성능이 일정하게 유지될 수 있도록 하는 블로워 모터의 제어방법을 제공하는 것이다.
또한, 1차적으로 인버터의 입력전압을 보상하고, 종국적으로 블로워의 속도를 제어함으로써 모터 속도 제어의 정밀성과 신뢰성을 보장할 수 있도록 하면서 동시에 간단한 구성으로 정확한 모터 속도의 제어가 가능한 블로워 모터의 제어방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 차량 공조기에 설치되는 블로워용 비엘디씨(BLDC) 모터의 구동을 제어하는 제어부의 제어방법에 있어서, 상기 모터의 인버터부에 공급되는 디씨링크(DC-link)전압을 디씨링크전압검출부에 의해서 측정하는 디씨링크전압측정단계; 측정된 상기 디씨링크전압을 기준전압과 비교하는 전압비교단계; 상기 전압비교단계에서 상기 디씨링크전압검출부에 의해서 측정된 디씨링크전압과 상기 기준전압에 차이가 발생하는 경우, 전압보상부에 의해 전압을 보상하는 전압보상단계; 상기 전압보상단계 후, 피더블유엠(PWM)제어부에 의해서 상기 피더블유엠 듀티비를 구간별로 구분하여, 상기 구간별로 피더블유엠 듀티비에 따른 속도지령을 생성하는 속도지령생성단계; 및, 생성된 속도지령에 따른 지령속도와 상기 모터의 실제 속도를 측정한 센싱속도를 비교하여 양자가 불일치하는 경우에는 상기 PWM제어부의 속도지령을 보상하도록 하는 속도지령보상단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 속도지령생성단계에서 상기 피더블유엠 듀티비를 구간별로 구분하여 상기 속도지령을 생성하되, 상기 피더블유엠 듀티비가 95%를 초과한 구간인 경우에 상기 공조기의 설정된 최대속도의 속도값을 갖도록 속도지령을 생성하는 것을 다른 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 속도지령생성단계에서, 상기 피더블유엠 듀티비가 0에서 5% 미만의 구간인 경우에 속도지령은 영(0)이고, 상기 피더블유엠 듀티비가 5% 이상에서 10% 미만의 구간인 경우에 속도지령은 상기 공조기의 설정된 최소속도의 속도값을 갖도록 하는 속도지령이며, 상기 피더블유엠 듀티비가 10% 이상에서 95% 이하의 구간인 경우에는 직선보간법을 이용하여 속도지령을 생성하는 것을 또 다른 특징으로 한다.
전술한 본 발명에 따른 차량 공조기에 설치되는 블로워용 비엘디씨(BLDC) 모터의 제어방법은 차량 배터리의 출력전압에 변동이 있더라도 블로워용 모터의 회전수에는 큰 차이가 없도록 제어함으로써, 차량 공조기의 출력성능을 균일하게 유지할 수 있다.
도 1은 블로워 모터에 입력되는 전압의 변동에 따른 출력특성을 나타내는 그래프
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차량 공조기에 설치되는 블로워용 모터를 구동하는 구동장치의 개략적인 구성도
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 차량 공조기에 설치되는 블로워용 모터를 구동시키는 제어방법을 도시하는 순서도
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 차량 공조기에 설치되는 블로워용 모터의 제어방법에서 피더블유엠(PWM) 듀티의 각 구간별로 속도지령을 생성하는 과정을 도시하는 순서도
도 5는 본 발명에 따른 제어방법에 의해 블로워 모터에 전압의 크기별로 입력되는 전압을 달리하여 측정한 결과그래프
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명한다.
본 발명은 배터리가 장착된 차량의 공조기에서 배터리의 전원을 이용하여 블로워 모터를 구동시키는 구성에 관한 것으로, 배터리의 입력전압의 변동이 발생하는 공조기에 적용되는 것이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차량 공조기에 설치되는 블로워용 모터(40)를 구동하는 구동장치의 개략적인 구성도이고, 도 3은 본 발명에 따라 차량 공조기에 설치되는 블로워용 모터(40)를 구동시키는 제어방법을 도시하는 순서도를 도시하고 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명은 차량 공조기에 설치되는 블로워용 비엘디씨(BLDC) 모터를 제어하는 제어기의 제어방법으로서, 상기 모터(40)의 인버터부(30)에 공급되는 디씨링크(DC-link)전압을 디씨링크전압검출부(50)에 의해서 측정하는 디씨링크전압측정단계(S10), 측정된 상기 디씨링크전압을 제어부(70)에 의해서 기준전압과 비교하는 전압비교단계(S21), 상기 전압비교단계에서 상기 디씨링크전압검출부(50)에 의해서 측정된 디씨링크전압과 상기 기준전압에 차이가 발생하는 경우, 전압보상부(20)에 의해서 전압을 보상하는 전압보상단계(S22,S23), 상기 전압보상단계 후, 피더블유엠(PWM)제어부(60)에 의해서 상기 피더블유엠 듀티비를 구간별로 구분하여, 상기 구간별로 피더블유엠 듀티비에 따른 속도지령을 생성하는 속도지령생성단계(S42), 및, 생성된 속도지령에 따른 지령속도와 상기 모터(40)의 실제 속도를 측정한 센싱속도를 비교하여 양자가 불일치하는 경우에는 제어부(70)가 PWM제어부(60)의 속도지령을 보상하도록 하는 속도지령보상단계(S53)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 디씨링크전압측정단계(S10)에서 측정되는 디씨링크(DC-link)전압은 차량 배터리의 출력전압에 따라 변동된다.
측정된 디씨링크전압은 기준전압과 비교함으로써 기준전압과의 일치여부를 확인하고 서로 일치하지 않는 경우, 전압의 보상이 이루어진다.(S22) 상기 기준전압은 미리 설정된 범위의 전압으로서, 설계사양에 따라 설치되는 배터리의 기준전압으로 설정되며, 제어부(70)의 내부 메모리에 저장되어 있다.
기준전압과 디씨링크전압이 일치하는 경우(전압차가 허용범위 이내)에는 별도의 보상없이 다음 단계로 진행이 이루어지나(S30), 서로 일치하지 않는 경우(양자의 차가 허용범위를 벗어난 경우)에는 전압보상부(20)에서 디씨링크전압과 기준전압을 일치시키도록 (+) 또는 (-)보상값에 의한 보상이 이루어진다(S22,S23).
상기 보상값은 디씨링크전압이 기준전압보다 큰 경우에는 음(-)의 보상이 이루어지고, 디씨링크전압이 기준전압보다 작은 경우에는 양(-)의 보상이 이루어지되 보상단위값을 예컨대 0.2V로 하여 디씨링크전압이 기준전압의 범위에 진입하도록 한다.
디씨링크전압이 보상되어 인버터부(30)로 입력됨으로써 보상된 전압에 따라 블로워모터(40)의 속도지령이 생성된다.(S30)
보상된 전압에 따라 블로워 모터(40)가 구동을 시작하면, 제어부(70)는 피더블유엠(PWM)제어부(60)에 피더블유엠 듀티비(PWM duty ratio)를 확인(S41)하여 속도지령을 생성하도록 제어하며, 피더블유엠제어부(60)는 피더블유엠 듀티비를 각 구간별로 구별하여 각 구간에 따른 속도지령을 생성한다.(S42)
도 4를 참조하면, 피더블유엠제어부(60)는 피더블유엠 듀티비를 확인하여 0에서 5%미만인 구간, 5이상에서 10%미만인 구간, 10이상에서 95%이하인 구간, 95% 초과구간으로 구간을 나누고, 각 구간별로 별도의 속도지령을 생성한다.
즉, 0에서 5%미만인 구간에서는 속도가 영(0)이 되도록 속도지령을 생성하고, 5이상에서 10%미만인 구간에서는 공조기의 설계사양 중 최소속도가 되도록 속도지령을 생성한다. 또한, 10이상에서 95%이하인 구간에서는 직선보간법에 의한 속도지령을 생성하며, 95% 초과구간에서는 공조기의 설계사양 중 최대속도가 되도록 속도지령을 생성한다.
상기와 같이 구간별로 구분된 속도지령을 생성하는 단계를 더 포함하고 있는 이유는, 모터 및 내부회로의 보호를 위한 것으로서, 블로워 모터(40)가 저단에서부터 이상작동으로 전류가 상승할 때 드라이브 내부 부품 파손을 일으키게 되므로 모터의 속도지령인 전류제한 범위를 차등하게 둔 것이다.
이후, 생성된 속도지령에 따라 블로워 모터(40)를 구동시키고 속도지령에 따른 지령속도와 상기 모터의 실제 속도를 측정한 센싱속도를 비교하여 양자가 일치하는지 여부를 비교한다.(S52)
일치하는 경우에는 속도지령을 계속 유지하고(S60), 불일치하는 경우에는 속도지령을 보상하는 속도지령보상단계를 실시한다.(S52-53)
상기 속도지령보상단계(S52-53)에서는 블로워 모터(40)의 회전속도를 측정한 후(S51), 속도지령에 따른 속도가 센싱속도에 비해 큰 경우에는 설정단위의 (-)보상값을 주어 센싱속도와 계속 비교(S52)하고, 속도지령에 따른 속도가 센싱속도에 비해 작은 경우에는 설정단위의 (+)보상값을 주어 센싱속도와 계속 비교하여 속도지령과 센싱속도의 차가 허용범위 내가 되어 서로 일치하는 것으로 간주될 때까지 속도지령의 보상이 이루어진다.(S53)
위와 같이 추가적으로 속도지령보상단계(S52-53)를 두고 있는 것은, 1차적으로 인버터(30)의 입력전압을 보상하고, 종국적으로 블로워의 속도를 제어함으로써 모터 속도 제어의 정밀성과 신뢰성을 보장할 수 있도록 하기 위함이다.
도 5는 전술한 제어방법에 의해 블로워 모터에 공급되는 전압의 크기별로 입력되는 전압을 달리하여 측정한 결과이다.
무부하인 경우와, 팬부하가 작용하는 경우를 나누어서 실시한 것으로서, 시험은 블로워 모터의 단품상태인 무부하 즉 팬이 부착되지 않은 상태에서 DC 정류기로 모터에 인가되는 전압을 차량의 밧테리 전압과 유사하게 10~14V로 가변하고, 모터 속도제어용 PWM DUTY비를 주파수 발생기인 펑션제너레이터를 사용하여 입력 조건을 10%부터 시작 5% 단위로 시험을 진행하여 모터의 회전수(RPM)를 측정하였다. 또한 팬부하는 실 부하조건인 모듈 상태에서 무부하 조건과 동일한 조건으로 시험을 진행하였다.
결과에서는 무부하상태나 팬부하상태의 어느 경우라도 전압의 크기차가 회전속도에 거의 영향을 미치지 않음을 알 수 있다. 즉, 동일한 듀티비에 대하여는 회전속도가 전압을 달리하여 측정되더라도 차이가 거의 없는 회전속도(rpm)를 얻을 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니한다. 본 발명은 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능하다.
10; 전원공급부 20; 전압보상부
30; 인버터부 40; 모터
50; 디씨링크전압검출부 60; PWM제어부
70; 제어부 80; 전류검출부

Claims (3)

  1. 차량 공조기에 설치되는 블로워용 비엘디씨(BLDC) 모터의 구동을 제어부에 의해 제어하는 제어방법에 있어서,
    상기 모터(40)의 인버터부(30)에 공급되는 디씨링크(DC-link)전압을 디씨링크전압검출부(50)에 의해서 측정하는 디씨링크전압측정단계(S10);
    측정된 상기 디씨링크전압을 기준전압과 비교하는 전압비교단계(S21);
    상기 전압비교단계에서 상기 디씨링크전압검출부(50)에 의해서 측정된 디씨링크전압과 상기 기준전압에 차이가 발생하는 경우, 전압보상부(20)에 의해 전압을 보상하는 전압보상단계(S22);
    상기 전압보상단계 후, 피더블유엠(PWM)제어부(60)에 의해서 상기 피더블유엠 듀티비를 구간별로 구분하여, 상기 구간별로 피더블유엠 듀티비에 따른 속도지령을 생성하는 속도지령생성단계(S42); 및,
    생성된 속도지령에 따른 지령속도와 상기 모터(40)의 실제 속도를 측정한 센싱속도를 비교하여 양자가 불일치하는 경우에는 상기 피더블유엠(PWM)제어부(60)의 속도지령을 보상하도록 하는 속도지령보상단계(S53)를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 공조기에 설치되는 블로워용 비엘디씨 모터의 제어방법
  2. 제1항에 있어서,
    상기 속도지령생성단계(S42)에서는
    상기 피더블유엠 듀티비가 95%를 초과한 구간인 경우에 상기 공조기의 설정된 최대속도의 속도값을 갖도록 속도지령을 생성하는 것을 특징으로 하는 차량 공조기에 설치되는 블로워용 비엘디씨 모터의 제어방법
  3. 제2항에 있어서,
    상기 속도지령생성단계(S42)에서,
    상기 피더블유엠 듀티비가 0에서 5% 미만의 구간인 경우에 속도지령은 영(0)이고,
    상기 피더블유엠 듀티비가 5% 이상에서 10% 미만의 구간인 경우에 속도지령은 상기 공조기의 설정된 최소속도의 속도값을 갖도록 하는 속도지령이며,
    상기 피더블유엠 듀티비가 10% 이상에서 95% 이하의 구간인 경우에는 직선보간법을 이용하여 속도지령을 생성하는 것을 특징으로 하는 차량 공조기에 설치되는 블로워용 비엘디씨 모터의 제어방법
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