KR101391004B1 - 모터 제어를 위한 방법 및 장치 - Google Patents

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그레고리 에이. 피터슨
마이클 피. 설리번
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니덱 모터 코포레이션
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Abstract

모터 제어기의 다양한 실시예가 개시된다. 예시적인 실시예에서, 모터 제어기는 전력 손실의 지속 시간에 기초하여 작동 프로파일을 선택하도록 지시받을 수 있다. 예시적인 실시예에서, 시스템은 전력이 단절되는 동안 모터 제어기 내의 마이크로 제어기에 전력을 제공하기 위한 배터리 또는 커패시터를 포함한다.

Description

모터 제어를 위한 방법 및 장치 {Method and Apparatus for Motor Control}
본 발명은 일반적으로 전기 모터를 제어하는 분야, 구체적으로 복수의 저장된 프로파일로부터 하나의 프로파일을 선택하고 선택된 프로파일에 따라 모터를 작동시키기 위한 모터 제어기의 구성에 관한 것이다.
복수의 선택 가능한 속도로 작동할 수 있는 가변 속도 모터가 본 기술 분야에 공지되어 있다. 가변 속도 모터를 위한 모터 제어기가 복수의 작동 프로파일을 저장할 수 있음이 또한 공지되어 있다. 예를 들어, 모터 제어기는 활성화될 때, 모터를 정숙 모드, 예컨대, 저속 설정으로 작동시키도록 모터 제어기를 구성하는 "정숙" 프로파일을 저장할 수 있다. 다른 프로파일은 "최대"로 불릴 수 있고, 모터를 최고 속도를 작동시키는 것에 관련된다.
음식물 폐기물 처리 유닛을 위한 다양한 작동 프로파일이 미국 특허 제6,481,652호, 제6,854,673호, 및 제7,048,213호에 개시되어 있고, 이들 각각의 전체 내용은 본원에서 참조로 통합되었다. 예를 들어, 미국 특허 제6,854,673호는 소프트 스타트 모드, 최적 연마 모드, 공회전 모드, 헹굼 모드, 및 걸림 방지 모드와 같은 작동 모드로 음식물 폐기물 처리기를 작동시키기 위한 모터 제어기를 개시한다.
모터 제어기는 외부 전자 장치로부터 특정 프로파일을 활성화하도록 지시를 수신할 수 있다. 예를 들어, 식기 세척기 기계는 식기 세척기 제어 유닛, 모터, 및 모터 제어기를 포함할 수 있다. 식기 세척기 제어 유닛은 저전압 통신 라인을 거쳐 모터 제어기로 지시를 보낸다. 지시는 복수의 저장된 프로파일 중에서 특정 저장 프로파일을 활성화하기 위한 지시를 포함할 수 있다.
본 발명자는 본원에서 메인 제어 유닛(예컨대, 식기 세척기 제어 유닛)과 모터 제어기 사이에 전용 통신 라인을 제공하는데 있어서 여러 문제점을 식별하였다. 예를 들어, 통신 라인은 전자기 간섭 및 손상을 받기 쉽다. 전용 통신 라인을 제공하는 것 또한 rs232 구동기, 광결합기, 또는 캔 버스(CAN BUS) 구동기와 같은 통신 하드웨어를 요구할 수 있다.
예시적인 실시예에서, 본 발명자는 본원에서 전용 통신 라인을 요구하지 않는 모터 제어기와의 통신을 위한 신규한 기술을 개시한다.
예시적인 실시예에서, 본 발명자는 본원에서 모터로 제공되는 전력을 제어함으로써 모터 제어기와의 통신을 위한 신규한 기술을 개시한다.
도 1은 전기 모터(109)를 포함하는 장치에 대한 예시적인 회로 선도를 도시한다. 장치는 본 기술 분야에 공지된 바와 같이 교류(AC) 전원일 수 있는 주 전원(101)을 포함한다. 주 전원(101)은 AC 전력을 직류(DC) 전력으로 변환하기 위한 정류기를 포함하거나 그렇지 않을 수 있다. 장치는 장치의 고수준 작동을 제어하기 위한 로직을 포함하는 장치 제어기(103)를 추가로 포함한다. 예를 들어, 식기 세척기에서, 장치 제어기(103)는 (예컨대, 버튼 및 스위치를 거쳐) 사용자 입력을 수신하고, 비누 분배기, 디스플레이 라이트, 하나 이상의 물 펌프, 하나 이상의 릴레이 등과 같은 다양한 식기 세척기 구성요소들의 작동을 수행하기 위한 (마이크로 제어기와 같은) 로직을 포함할 수 있다. 릴레이(105)는 제어 라인(191) 상의 입력에 기초하여 전력 라인(181, 183)을 연결 또는 단절시키도록 작동 가능하다. 모터 제어기(107)는 모터(109)로 전달되는 전력을 제어한다. 장치 제어기(103)는 모터 제어기(107) 및 모터(109)로의 전력을 연결 또는 단절시키기 위해 제어 라인(191)을 거쳐 릴레이(105)를 작동시킨다. 릴레이(105)는 장치 제어기(103)와 동일한 하우징 내에 위치되거나 그렇지 않을 수 있다. 장치 제어기(103)는 제어 라인(189)을 거쳐 모터 제어기(107)와 통신한다. 모터 제어기(107)는 복수의 모터 작동 프로파일을 저장하기 위한 메모리를 포함할 수 있다. 장치 제어기(103)는 제어 라인(189)을 거쳐 모터 제어기(107)로 프로파일 선택 지시를 보낼 수 있다. 그러한 프로파일 선택 지시에 응답하여, 모터 제어기(107)는 지정된 프로파일을 활성화하고 프로파일에 따라 모터(109)를 작동시킨다.
본 발명자는 본원에서 전용 통신 라인에 대한 필요가 없이 작동 프로파일을 선택하도록 모터 제어기에 지시하기 위한 신규한 기술을 개시한다. 예시적인 실시예에서, 모터 제어기는 본원에서 상세하게 개시되는 바와 같이, 모터 전력 상태의 변화에 기초하여 작동 프로파일을 선택하도록 구성된다.
도 1은 모터 제어기와 통신하기 위해 전용 통신 라인을 요구하는 종래 기술의 시스템을 도시한다.
도 2는 예시적인 실시예에 따른 모터 제어기와의 통신을 위한 신규한 시스템을 도시한다.
도 3은 모터 제어기에 대한 예시적인 회로 선도를 도시한다.
도 4는 모터 제어기 내에서 프로파일을 선택하기 위한 예시적인 흐름도를 도시한다.
도 5는 모터 제어기 내에서 프로파일을 선택하기 위한 예시적인 상태 기계 선도를 도시한다.
도 2는 식기 세척기, 음식물 폐기물 처리 유닛, 또는 전기 모터를 갖는 임의의 장치와 같은 장치에 대한 예시적인 회로 선도를 도시한다. 도 2의 예시적인 장치는 본 기술 분야에 공지된 바와 같이 교류(AC) 전원일 수 있는 주 전원(201)을 포함한다. 주 전원(201)은 AC 전력을 직류(DC) 전력으로 변환하기 위한 정류기를 포함하거나 그렇지 않을 수 있다. 장치는 장치의 고수준 작동을 제어하기 위한 로직을 포함하는 장치 제어기(203)를 추가로 포함한다. 예를 들어, 식기 세척기에서, 장치 제어기(203)는 (예컨대, 버튼 및 스위치를 거쳐) 사용자 입력을 수신하고, 비누 분배기, 디스플레이 라이트, 하나 이상의 물 펌프, 하나 이상의 릴레이 등과 같은 다양한 식기 세척기 구성요소들의 작동을 수행하기 위한 (마이크로 제어기와 같은) 로직을 포함할 수 있다. 릴레이(205)는 제어 라인(291) 상의 입력에 기초하여 전력 라인(281, 283)을 연결 또는 단절시키도록 작동 가능하다. 모터 제어기(207)는 모터(209)에 전달되는 전력을 제어한다. 모터 제어기(207) 및 모터(209)는 단일 하우징 내에 위치되거나 그렇지 않을 수 있다. 예시적인 모터 제어기(207)가 도 3을 참조하여 아래에서 상세하게 설명된다. 장치 제어기(203)는 모터 제어기(207) 및 모터(209)로의 전력을 연결 또는 단절시키도록 제어 라인(291)을 거쳐 릴레이(205)를 작동시킨다. 도 2의 실시예에서, 장치 제어기(203)와 모터 제어기(207) 사이에 제어 라인이 제공되지 않는다. 대신에, 장치 제어기(203)는 단순히 릴레이(205)를 작동시킴으로써 모터 제어기(207)로 지시(예컨대, 프로파일 선택 지시)를 보내도록 구성된다. 예시적인 실시예에서, 모터(209)는 데이터 라인(들)(293)을 거쳐 모터 제어기(207)로 데이터를 보내는 센서를 포함한다. 모터 내에서 사용될 수 있는 센서의 예는 홀(hall) 센서, 회전식 엔코더 등을 포함한다. 홀 센서 및/또는 회전식 엔코더가 로터 위치를 감지하도록 사용될 수 있다.
모터(209)는 임의의 유형의 가변 속도 전기 모터일 수 있다. 가변 속도 전기 모터의 예는 절환식 자기 저항 기계(SRM), 제어식 유도 모터(CIM), 무브러시 영구 자석(BPM) 모터, 또는 범용 모터를 포함한다. 복수의 모터가 단일 모터 제어기에 의해 작동될 수 있음이 명백할 것이다.
도 3은 예시적인 모터 제어기, 예컨대, 모터 제어기(207)에 대한 회로 선도를 도시한다. 모터 제어기는 전력 라인(283)을 거쳐 입력 전력을 수신한다. 전력 검출 회로(301)가 전력 라인(283)을 모니터링하고, 전력 라인(283)의 상태를 표시하는 데이터 라인(381) 상의 출력 신호를 제공한다. 예를 들어, 전력 검출 회로(301)는 충분한 전류가 전력 라인(283) 상에서 검출되면, 데이터 라인(381) 상에 5 볼트의 출력 전압을 제공하도록 구성될 수 있다. 모터 전원(303)은 입력 제어 라인(385) 상에서 수신된 제어 입력에 따라, 출력 전력 라인(285)(들)을 거쳐 하나 이상의 제어식 전기 모터로 전력을 제공하도록 작동한다. 제어기(305)는 데이터 라인(381)을 거쳐 전력 검출 회로(301)로부터 입력을 수신하고, 제어 라인(385)을 거쳐 모터 전원(303)을 제어한다. 제어기 전원(307)은 제어기(305)로 전력을 제공한다. 제어기 전원은 전력 라인(283)을 거쳐 또는 다른 공급원으로부터 전력을 수신할 수 있다. 도 3의 실시예에서, 제어기 전원(307)은 전력 라인(283) 상에서 수신된 전력을 제어기(305)를 급전하기에 적합한 형태로 변환하기 위한 회로를 포함한다. 제어기 전원(307)은 충분한 기간 동안 전력 제어기(305)를 급전하기에 충분한 저장 용량을 갖는 배터리 또는 커패시터를 포함할 수 있다. 언제가 충분한 지는 모터 제어기에 대해 의도된 용도에 의존할 수 있다. 모터 제어기가 식기 세척기 내에서 사용되도록 의도되는 예시적인 실시예에서, 제어기 전원(307)은 470 마이크로 파라트 커패시터를 포함한다. 제어기(305)는 제어 라인(385)(들)을 거쳐 모터 전원(303)을 제어함으로써 모터를 제어한다. 도 3의 실시예에서, 제어기(305)는 복수의 작동 프로파일에 관련된 데이터를 저장하기 위한 메모리를 포함한다. 본 기술 분야에 공지된 바와 같이, 모터에 대한 작동 프로파일들은 시간에 걸쳐 모터로 제공되는 전력을 제어하기 위한 지시를 포함한다. 제어기(305)는 저장된 작동 프로파일을 선택하여 실행하도록 구성된다. 예시적인 실시예에서, 입력 전력(283)은 DC 전력 신호를 포함하고, 모터 전원(303)은 펄스 폭 변조 회로를 포함한다. 다른 예시적인 실시예에서, 입력 전력 라인(283)은 AC 전력 신호를 포함하고, 모터 전원은 진폭 변조 회로를 포함한다. 제어기(305)는 모터 전원을 제어하여, 출력 전력 라인(285)을 거쳐 모터로 전달되는 전력의 수준을 제어하도록 작동 가능하다. 제어기(305)는 데이터 라인(293)을 거쳐 제어식 모터로부터 수신된 데이터를 처리하기 위한 로직을 포함할 수 있다. 예를 들어, 모터 제어기(305)는 모터 내에 위치된 회전식 엔코더 또는 홀 센서로부터 위치 데이터를 수신할 수 있다.
도 4는 입력 전력의 연결 및 단절에 기초하여 작동 프로파일을 선택하기 위한 모터 제어기에 의한 실행에 대한 예시적인 흐름도를 도시한다. 단계(401)에서, 제어기는 전력이 켜지기를 대기한다. 전력이 켜지면, 제어기는 단계(403)로 진행하여, 가변 켜짐 카운트가 0으로 초기화된다. 단계(405)에서, 제어기는 켜짐 카운트의 값을 미리 설정된 상수(T1)와 비교한다. 켜짐 카운트가 T1 이상이면, 흐름은 단계(407)로 진행한다. 켜짐 카운트가 T1 미만이면, 흐름은 단계(409)로 진행한다. 단계(407)에서, 제어기는 작동 프로파일(A)에 따라 모터를 작동시킨다. 단계(409)에서, 제어기는 전력이 꺼져 있는 지를 결정하기 위해 전력 상태를 표시하는 입력을 폴링(polling)한다. 전력이 꺼져 있으면, 흐름은 단계(411)로 진행한다. 전력이 꺼져 있지 않으면, 흐름은 단계(413)로 진행하여, 제어기가 켜짐 카운트의 값을 증가시킨다. 예를 들어, 시간이 밀리초(ms) 단위로 측정되면, 단계(413)에서, 제어기는 1 ms를 대기한 다음, 켜짐 카운트를 1만큼 증가시키고 단계(405)로 복귀한다. 단계(411)에서, 제어기는 가변 꺼짐 카운트의 값을 0으로 초기화하고, 흐름은 단계(415)로 진행한다. 단계(415)에서, 제어기는 전력 상태를 표시하는 입력을 폴링한다. 전력이 켜져 있으면, 흐름은 단계(419)로 진행한다. 전력이 켜져 있지 않으면, 흐름은 단계(417)로 진행한다. 단계(417)에서, 제어기는 꺼짐 카운트의 값을 증가시키고, (단계(413)를 참조하여 위에서 설명된 바와 같이) 미리 설정된 시간 동안 대기하고, 단계(415)로 진행한다. 단계(419)에서, 제어기는 꺼짐 카운트의 값이 미리 설정된 상수(T2) 미만인지를 시험한다. 꺼짐 카운트가 T2 미만이면, 흐름은 단계(421)로 진행하여, 제어기가 작동 프로파일(B)을 실행한다. 그렇지 않으면, 흐름은 단계(423)로 진행하여, 제어기가 작동 프로파일(C)을 실행한다.
도 5는 입력 전력의 연결 및 단절에 기초하여 작동 프로파일을 선택하기 위한 모터 제어기에 의한 실행에 대한 예시적인 상태 선도를 도시한다.
본원에서 개시되는 바와 같이, 장치 제어기(예컨대, 장치 제어기(203))는 (예컨대, 릴레이(205)를 거쳐) 단순히 모터로의 전력의 연결 및 단절을 제어함으로써 특정 프로파일을 선택하도록 모터 제어기(예컨대, 모터 제어기(207))에 지시할 수 있다. 모터 제어기(207)는, 예를 들어 도 4에 도시된 바와 같이, 전력 연결 및/또는 단절의 지속 시간에 기초하여 작동 프로파일을 선택하도록 구성될 수 있다. 장치 제어기(203)는 적절한 시점에 따라 릴레이(205)를 작동시킴으로써 작동 프로파일을 선택하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 4에 도시된 실시예에서, 장치 제어기는 단순히 T1 이상의 지속 시간 동안 연속적으로 전력을 공급함으로써 작동 프로파일(A)을 선택하도록 모터 제어기에 지시할 수 있다. 작동 프로파일(B)을 선택하기 위해, 장치 제어기는 T1 미만 동안 모터로 전력을 공급하고, 그 다음 T2 미만 동안 전력을 단절시키고, 그 다음 전력을 재연결한다. 작동 프로파일(C)을 선택하기 위해, 장치 제어기는 T1 미만 동안 모터로 전력을 공급하고, 그 다음 T2 이상의 시간 길이 동안 전력을 단절시키고, 그 다음 전력을 재연결한다.
도 4의 예시적인 실시예에서, 3개의 작동 프로파일(A, B, C)이 적절한 간격으로 모터 및 모터 제어기로의 전력을 연결 및 단절시킴으로써 선택될 수 있다. 3개를 초과하는 작동 프로파일이 도 4의 예시적인 흐름도에 추가의 단계를 추가함으로써 이용 가능해 질 수 있음이 본 기술 분야의 당업자에게 명백할 것이다. 예를 들어, 단계(419)는 꺼짐 카운트가 T2 미만이면 프로파일(B)이 선택되고, 꺼짐 카운트가 T2 초과 T3 미만이면 프로파일(C)이 선택되고, 꺼짐 카운트가 T3 초과이면 제4 프로파일(D)이 선택되도록 변형될 수 있다.
미리 설정된 시간 상수(예컨대, T1, T2, T3)는 제어기의 제조 중에 설정될 수 있거나, 제조 후에 사용자 입력을 거쳐 설정될 수 있는 미리 설정된 상수임을 이해하여야 한다. T1 및 T2에 대한 예시적인 값은 각각 150 밀리초 및 300 밀리초이다.
예시적인 실시예에서, 시스템은 입력을 폴링하는 대신에 일시 정지 서비스 루틴을 이용하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 전력 상태를 표시하는 데이터 라인(381)(들)은 제어기가 라인 수준의 변화 시에 일시 정지되게 하는 제어기 상의 일시 정지 입력에 연결될 수 있다. 일시 정지가 수신되면, 제어기는 도 4 또는 5의 흐름도를 실시하는 일시 정지 서비스 루틴을 실행한다.
예시적인 작동 프로파일은 정숙, 소프트 스타트, 헹굼, 최대 속도, 및 세척 모드를 포함한다. 예시적인 실시예에서, 각각의 프로파일은 프로파일의 시작 시에 소프트 시동 프로파일을 포함한다. 본 기술 분야에 공지된 바와 같이, 모터로의 전력을 서서히 상승시키는 것은 감소된 소음, 감소된 발열, 및 감소된 자기소거를 포함한, 여러 이점을 갖는다.
본 발명의 특정 실시예가 상세하게 설명되었지만, 그러한 세부에 대한 다양한 변형 및 대안이 명세서의 전체적인 교시에 비추어 구현될 수 있음이 본 기술 분야의 당업자에 의해 이해될 것이다. 따라서, 개시된 특정 배열은 단지 예시적이며 첨부된 특허청구범위의 완전한 범위 및 그의 임의의 모든 등가물로 주어지는 본 발명의 범주에 대해 제한적이지 않도록 의도된다. 본원에서 개시된 실시예는 본원에서 개시되고 그리고/또는 첨부된 청구항들 중 임의의 하나에서 설명되는 바와 같은 특징들의 임의의 모든 조합을 포함함을 이해하여야 한다.

Claims (18)

  1. 모터 제어기이며,
    전기 모터를 작동시키기 위한 복수의 작동 프로파일을 저장하도록 구성된 메모리; 및
    (1) 모터 전력 상태의 변화를 표시하는 입력을 수신하고, (2) 수신된 입력에 기초하여 작동 프로파일을 선택하도록 구성된 프로세서를 포함하고,
    프로세서는 모터 전력 상태가 제1 미리 설정된 시간 길이를 초과하여 켜져 있음을 표시하는 수신된 입력에 기초하여 제1 작동 프로파일을 선택하도록 구성되는 모터 제어기.
  2. 제1항에 있어서, 프로세서는 아울러 (3) 선택된 작동 프로파일에 따라 모터를 작동시키기 위한 제어 출력을 제공하도록 구성되는 모터 제어기.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 프로세서는 모터 전력 상태가 제1 미리 설정된 시간 길이 미만으로 켜지고, 이어서 모터 전력 상태가 제2 미리 설정된 시간 길이 미만으로 꺼지고, 이어서 모터 전력 상태가 켜짐을 표시하는 수신된 입력에 기초하여 제2 작동 프로파일을 선택하도록 구성되는 모터 제어기.
  5. 제4항에 있어서, 프로세서는 모터 전력 상태가 제1 미리 설정된 시간 길이 미만으로 켜지고, 이어서 모터 전력 상태가 제2 미리 설정된 시간 길이를 초과하여 꺼지고, 이어서 모터 전력 상태가 켜짐을 표시하는 수신된 입력에 기초하여 제3 작동 프로파일을 선택하도록 구성되는 모터 제어기.
  6. 제1항에 있어서, 프로세서는 식기 세척기 내의 전기 펌프 모터를 작동시키도록 구성되고, 메모리 내에 저장된 복수의 작동 프로파일은 정숙 모드, 소프트 스타트 모드, 헹굼 모드, 및 세척 모드로 구성된 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하는 모터 제어기.
  7. 제1항에 있어서, 각각의 저장된 작동 프로파일은 시작 시에 소프트 스타트 모드를 포함하는 모터 제어기.
  8. 모터 제어기이며,
    전기 모터를 작동시키기 위한 복수의 작동 프로파일을 저장하도록 구성된 메모리; 및
    (1) 모터 전력 상태의 복수의 변화를 표시하는 입력을 수신하고, (2) 복수의 변화들 사이의 경과 시간을 표시하는 시간 데이터를 저장하고, (3) 저장된 시간 데이터에 기초하여 작동 프로파일을 선택하도록 구성된 프로세서
    를 포함하는 모터 제어기.
  9. 제8항에 있어서, 프로세서는 아울러 (4) 선택된 작동 프로파일에 따라 모터를 작동시키도록 구성되는 모터 제어기.
  10. 제8항에 있어서, 저장된 시간 데이터는 모터 전력 상태가 켜져 있었던 경과 시간의 표시를 포함하는 모터 제어기.
  11. 제8항에 있어서, 저장된 시간 데이터는 모터 전력 상태가 꺼져 있었던 경과 시간의 표시를 포함하는 모터 제어기.
  12. 제8항에 있어서, 저장된 시간 데이터는 모터 전력 상태가 켜져 있었던 경과 시간의 표시 및 모터 전력 상태가 꺼져 있었던 경과 시간의 표시를 포함하는 모터 제어기.
  13. 제8항에 있어서, 작동 프로파일은 정숙 모드, 소프트 스타트 모드, 헹굼 모드, 및 세척 모드로 구성된 그룹으로부터 선택되는 모터 제어기.
  14. 삭제
  15. 모터 제어기 내에서 작동 프로파일을 선택하기 위한 방법이며,
    전력이 연결됨을 표시하는 입력을 수신하는 단계;
    전력이 연속적으로 연결되는 지속 시간을 측정하는 단계; 및
    전력이 제1 미리 설정된 시간 임계치를 초과하여 연결되면, 제1 작동 프로파일을 선택하는 단계
    를 포함하는 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    전력이 단절됨을 표시하는 입력을 수신하는 단계;
    전력이 연속적으로 단절되는 지속 시간을 측정하는 단계;
    전력이 연결됨을 표시하는 입력을 수신하는 단계;
    전력이 제2 미리 설정된 시간 임계치 미만으로 단절되면, 제2 작동 프로파일을 선택하는 단계
    를 추가로 포함하는 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    전력이 제2 미리 설정된 시간 임계치를 초과하여 단절되면, 제3 작동 프로파일을 선택하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  18. 제16항에 있어서,
    전력이 제2 미리 설정된 시간 임계치 초과 제3 미리 설정된 시간 임계치 미만으로 단절되면, 제3 작동 프로파일을 선택하는 단계, 및 전력이 제3 미리 설정된 시간 임계치를 초과하여 단절되면, 제4 작동 프로파일을 선택하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
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