KR101684190B1 - 3상 모터 이상 감지 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 3상 모터 이상 감지 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 피측정 상의 출력 노드 전압 값을 측정함으로써 배터리 단락, 접지 단락 및 단선 연부를 감지하기 위한 3상 모터 이상 감지 장치에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 3상 모터 이상 감지 장치는 3상 모터 이상 감지 장치에 있어서, 상기 3상 모터의 구동 상태에 기초하여 상기 3상 모터의 각 상 중 어느 하나를 선택하여 피측정 상으로 판단하는 판단부, PWM 신호를 생성하여 상기 피측정 상으로 상기 PWM 신호를 인가하는 PWM 신호 발생부, 상기 피측정 상의 출력 노드로 출력되는 전압 값을 측정하는 전압 측정부 및 상기 전압 측정부에서 측정된 전압 값에 기초하여 상기 3상 모터의 이상여부를 감지하는 감지부를 포함한다.

Description

3상 모터 이상 감지 장치{Apparatus for sensing disorder of 3-phase motor}
본 발명은 3상 모터 이상 감지 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 피측정 상의 출력 노드 전압 값을 측정함으로써 배터리 단락, 접지 단락 및 단선 연부를 감지하기 위한 3상 모터 이상 감지 장치에 관한 것이다.
3상 모터는 수명이 길고 에너지 효율이 높으며, 경량화 및 소형화가 가능하여 현재 다양한 산업 분야에 널리 이용되고 있다. 이러한 3상 모터는 영구자석으로 이루어진 회전자와, 3개의 코일 즉, U상, V상 및 W상 코일이 권선되어 있는 고정자를 포함한다. 고정자에 권선되어 있는 U상, V상 및 W상 코일에 전류가 공급되면 공급된 전류에 따라 U상, V상 및 W상 코일이 각기 자계를 발생하여 영구자석으로 이루어진 회전자를 회전시킴으로써 구동된다.
또한, 3상 모터는 전기적인 스위치 제어를 통해 구동된다. 3상 모터의 구동 제어를 담당하는 제어기와 3상 모터는 전기적 결선을 통해 연결되는데, 이 결선에 문제가 있을 경우 3상 모터 구동이 정상적으로 수행되지 않는다.
전기적 결선에는 배터리 단락, 접지 단락 및 단선이 있다. 배터리 단락이나 접지 단락 시에는 과전류로 인해 제어기가 손상을 받아 고장이 날 수 있다. 또한, 단선의 경우 3상 모터의 제어가 불가능 하므로 이를 미리 진단할 필요가 있다.
종래의 3상 모터 이상 감지 장치의 경우, 단락 진단을 위해 모터 구동 모스펫(Mosfet)의 드레인(Drain)과 소스(Source) 전압 차이를 측정한다. 즉, 모스펫은 자체적으로 저항 성분을 가지는데 모스펫에 전류가 흐르면 모스펫의 저항 성분에 전류를 곱해 전압 차이를 측정한다. 측정된 전압은 모스펫에 흐르는 전류가 증가할수록 그에 비례하여 커지게 된다. 그 후, 전압 차이가 일정 값을 넘는 순간이 발생하면 그 순간을 포착하여 단락 여부를 판단한다.
그러나 모스펫 제조 기술의 발달로 모스펫의 저항이 줄어듦에 따라 모스펫 양단 간에 전압 차이가 거의 발생하지 않게 되었다. 따라서, 종래의 3상 모터 이상 감지 장치는 단락 진단이 거의 불가능한 문제점이 있다. 또한 종래의 3상 모터 이상 감지 장치는 단선을 진단할 수 있는 구성이 없어 단선 진단이 불가능한 문제점이 있다.
본 발명은 피측정 상의 출력 노드 전압 값을 측정하기 위한 3상 모터 이상 감지 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 피측정 상의 출력 노드 전압 값에 기초하여 배터리 단락 여부를 감지할 수 있는 3상 모터 이상 감지 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 피측정 상의 출력 노드 전압 값에 기초하여 접지 단락 여부를 감지할 수 있는 3상 모터 이상 감지 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 피측정 상의 출력 노드 전압 값에 기초하여 단선 여부를 감지할 수 있는 3상 모터 이상 감지 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 3상 모터의 각 상 중 3상 모터의 구동에 참여하지 않는 상을 피측정 상으로 판단하는 3상 모터 이상 감지 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 3상 모터 이상 감지 장치는 3상 모터 이상 감지 장치에 있어서, 상기 3상 모터의 구동 상태에 기초하여 상기 3상 모터의 각 상 중 어느 하나를 선택하여 피측정 상으로 판단하는 판단부, PWM 신호를 생성하여 상기 피측정 상으로 상기 PWM 신호를 인가하는 PWM 신호 발생부, 상기 피측정 상의 출력 노드로 출력되는 전압 값을 측정하는 전압 측정부 및 상기 전압 측정부에서 측정된 전압 값에 기초하여 상기 3상 모터의 이상여부를 감지하는 감지부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
전술한 바와 같은 본 발명에 의하면 피측정 상의 출력 노드 전압 값을 측정할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면 피측정 상의 출력 노드 전압 값에 기초하여 배터리 단락 여부를 감지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면 피측정 상의 출력 노드 전압 값에 기초하여 접지 단락 여부를 감지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면 피측정 상의 출력 노드 전압 값에 기초하여 단선 여부를 감지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 3상 모터의 각 상 중 3상 모터의 구동에 참여하지 않는 상을 피측정 상으로 판단할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 3상 모터 이상 감지 장치를 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 3상 모터에 PWM 신호가 인가되는 모습을 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 피측정 상의 출력 노드로 출력되는 전압 값을 측정하는 과정을 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 PWM 신호를 도시한 그래프.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 PWM 신호 및 배터리 단락을 나타내는 신호를 도시한 그래프.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 PWM 신호 및 접지 단락을 나타내는 신호를 도시한 그래프.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 PWM 신호 및 단선 여부를 나타내는 신호를 도시한 그래프.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 3상 모터 이상 감지 장치(100)를 도시한 도면이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 3상 모터 이상 감지 장치(100)는 판단부(110), PWM 신호 발생부(120), 전압 측정부(130), 감지부(140) 및 드라이버(150)를 포함하여 구성될 수 있다. 도 1에 도시된 3상 모터 이상 감지 장치(100)는 일 실시예에 따른 것이고, 그 구성요소들이 도 1에 도시된 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 일부 구성요소가 부가, 변경 또는 삭제될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 3상 모터에 PWM 신호가 인가되는 모습을 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 피측정 상(310)의 출력 노드(340)로 출력되는 전압 값을 측정하는 과정을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 PWM 신호(410)를 도시한 그래프이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 PWM 신호(410) 및 배터리 단락을 나타내는 신호(510)를 도시한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 PWM 신호(410) 및 접지 단락을 나타내는 신호(610)를 도시한 그래프이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 PWM 신호(410) 및 단선 여부를 나타내는 신호(710)를 도시한 그래프이다. 이하 도 1 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 3상 모터 이상 감지 장치(100)를 설명하도록 한다.
판단부(110)는 3상 모터의 구동 상태에 기초하여 상기 3상 모터의 각 상 중 어느 하나를 선택하여 피측정 상(310)으로 판단할 수 있다. 3상 모터의 각 상은 U상, V상, W상이고, 피측정 상(310)은 3상 모터의 U상, V상, W상 중 측정 대상이 되는 상이다.
일 실시예로 피측정 상(310)은 3상 모터의 각 상 중 3상 모터의 구동에 참여하지 않는 상일 수 있다. 일반적으로 3상 모터의 경우 U상, V상, W상 중 2개의 상만 모터 구동에 참여한다. 예를 들어, U상, V상이 모터 구동에 참여할 경우 W상이 피측정 상(310)이 되고, V상, W상이 모터 구동에 참여할 경우 U상이 피측정 상(310)이 된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 판단부(110)는 모터 구동에 참여하지 않는 상을 피측정 상(310)으로 판단함으로써 감지 결과의 신뢰성을 높을 수 있다.
PWM 신호(410) 발생부(120)는 PWM(Pulse With Modulation) 신호를 생성하여 피측정 상(310)으로 PWM 신호(410)를 인가할 수 있다. 피측정 상(310)으로 인가된 PWM 신호(410)는 피측정 상(310)의 출력 노드(340)로 출력된다.
전압 측정부(130)는 피측정 상(310)의 출력 노드(340)로 출력되는 전압 값을 측정할 수 있고, 감지부(140)는 전압 측정부(130)에서 측정된 전압 값에 기초하여 3상 모터의 이상 여부를 감지할 수 있다.
3상 모터의 이상 상태에는 배터리 단락, 접지 단락 및 단선 등이 있는데 이하 도 3 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 단락을 감지하는 과정을 설명하도록 한다. 배터리 단락을 감지하기 위하여 전압 측정부(130)는 일단은 배터리(320)와 연결되고 타단은 상기 피측정 상(310)의 출력 노드(340)와 연결되는 제1 트랜지스터(131)를 포함할 수 있다. 또한, 전압 측정부(130)는 일단은 상기 피측정 상(310)의 출력 노드(340)와 연결되고 타단은 접지되는 제2 트랜지스터(132)를 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 3상 모터 이상 감지 장치(100)는 상기 제1 트랜지스터(131) 및 상기 제2 트랜지스터(132)의 게이트 단에 전압을 인가하여 상기 제1 트랜지스터(131) 및 상기 제2 트랜지스터(132)를 턴 온 시키는 드라이버(150)를 더 포함할 수 있다.
먼저, 드라이버(150)가 제1 트랜지스터(131) 및 제2 트랜지스터(132)의 게이트 단에 전압을 인가하여 제1 트랜지스터(131) 및 제2 트랜지스터(132)를 턴 온 시킨다. 제1 트랜지스터(131) 및 제2 트랜지스터(132)가 턴 온 되면, 제1 트랜지스터(131) 및 제2 트랜지스터(132)의 드레인 단에 인가된 전압이 소스 단으로 전달될 수 있다. 반대로, 제1 트랜지스터(131) 및 제2 트랜지스터(132)가 턴 온 되면, 제1 트랜지스터(131) 및 제2 트랜지스터(132)의 소스 단에 인가된 전압이 드레인 단으로 전달될 수 있다.
이 때, 배터리 단락이 발생하면 배터리(320)의 전압이 제1 트랜지스터(131)를 통해 피측정 상(310)의 출력 노드(340)로 출력된다. 전압 측정부(130)는 출력 노드(340)로 출력되는 전압 값을 측정하고, 감지부(140)는 측정된 전압 값에 기초하여 3상 모터의 배터리 단락 여부를 판단할 수 있다.
도 5를 참조하면, 피측정 상(310)으로 인가된 PWM 신호(410)와 달리 배터리(320)의 전압과 동일한 전압이 출력됨을 알 수 있다. 감지부(140)는 도 5에 도시된 바와 같이 전압 측정부(130)에서 측정된 전압 값이 상기 배터리(320)의 전압과 동일하면 배터리(320) 단락으로 감지할 수 있다. 한편, 감지부(140)는 도 4에 도시된 바와 같이 전압 측정부(130)에서 측정된 전압 값이 피측정 상(310)에 인가된 PWM 신호(410)의 전압 값과 동일하면 3상 모터가 정상 상태임을 감지할 수 있다.
그 다음, 도 3, 도 4 및 도 6을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 접지 단락을 감지하는 과정을 설명하도록 한다. 접지 단락을 감지하기 위하여 전압 측정부(130)는 일단은 배터리(320)와 연결되고 타단은 상기 피측정 상(310)의 출력 노드(340)와 연결되는 제1 트랜지스터(131)를 포함할 수 있다. 또한, 전압 측정부(130)는 일단은 상기 피측정 상(310)의 출력 노드(340)와 연결되고 타단은 접지되는 제2 트랜지스터(132)를 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 3상 모터 이상 감지 장치(100)는 상기 제1 트랜지스터(131) 및 상기 제2 트랜지스터(132)의 게이트 단에 전압을 인가하여 상기 제1 트랜지스터(131) 및 상기 제2 트랜지스터(132)를 턴 온 시키는 드라이버(150)를 더 포함할 수 있다.
먼저, 드라이버(150)가 제1 트랜지스터(131) 및 제2 트랜지스터(132)의 게이트 단에 전압을 인가하여 제1 트랜지스터(131) 및 제2 트랜지스터(132)를 턴 온 시킨다. 제1 트랜지스터(131) 및 제2 트랜지스터(132)가 턴 온 되면, 제1 트랜지스터(131) 및 제2 트랜지스터(132)의 드레인 단에 인가된 전압이 소스 단으로 전달될 수 있다. 반대로, 제1 트랜지스터(131) 및 제2 트랜지스터(132)가 턴 온 되면, 제1 트랜지스터(131) 및 제2 트랜지스터(132)의 소스 단에 인가된 전압이 드레인 단으로 전달될 수 있다.
이 때, 접지 단락이 발생하면 0V가 제2 트랜지스터(132)를 통해 피측정 상(310)의 출력 노드(340)로 출력된다. 전압 측정부(130)는 출력 노드(340)로 출력되는 전압 값을 측정하고, 감지부(140)는 측정된 전압 값에 기초하여 3상 모터의 접지 단락 여부를 판단할 수 있다.
도 6를 참조하면, 피측정 상(310)으로 인가된 PWM 신호(410)와 달리 0V가 출력됨을 알 수 있다. 감지부(140)는 도 6에 도시된 바와 같이 전압 측정부(130)에서 측정된 전압 값이 0V이면 접지 단락으로 감지할 수 있다. 한편, 감지부(140)는 도 4에 도시된 바와 같이 전압 측정부(130)에서 측정된 전압 값이 피측정 상(310)에 인가된 PWM 신호(410)의 전압 값과 동일하면 3상 모터가 정상 상태임을 감지할 수 있다.
마지막으로, 도 3, 도 4 및 도 7을 참조하여 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 단선 여부를 감지하는 과정을 설명하도록 한다. 단선 여부를 감지하기 위하여, 전압 측정부(130)는 일단은 배터리(320)와 연결되고 타단은 상기 피측정 상(310)의 출력 노드(340)와 연결되는 풀업 저항(133)을 포함할 수 있다. 또한, 전압 측정부(130)는 일단은 상기 피측정 상(310)의 출력 노드(340)와 연결되고 타단은 접지되는 풀다운 저항(134)을 포함할 수 있다. 풀업 저항(133)과 풀다운 저항(134)의 저항 값은 동일할 수도 있고 다를 수도 있다.
이 때, 단선이 발생하면 배터리(320)의 전압 값이 풀다운 저항(134) 값에 비례하여 출력노드에 인가된다. 전압 측정부(130)는 출력 노드(340)로 출력되는 전압 값을 측정하고, 감지부(140)는 측정된 전압 값에 기초하여 3상 모터의 단선 여부를 판단할 수 있다.
도 7을 참조하면, 피측정 상(310)으로 인가된 PWM 신호(410)와 다른 전압 값이 출력됨을 알 수 있다. 이 때 출력되는 전압 값은 풀다운 저항(134)의 저항 값에 비례하므로 풀다운 저항(134)의 저항 값이 크면 증가하고, 작으면 감소할 수 있다. 감지부(140)는 도 7에 도시된 바와 같이 전압 측정부(130)에서 측정된 전압 값이 풀다운 저항(134)의 저항 값에 비례하면 단선으로 감지할 수 있다. 한편, 감지부(140)는 도 4에 도시된 바와 같이 전압 측정부(130)에서 측정된 전압 값이 피측정 상(310)에 인가된 PWM 신호(410)의 전압 값과 동일하면 3상 모터가 정상 상태임을 감지할 수 있다.
전술한 바와 같은 본 발명에 의하면 피측정 상의 출력 노드 전압 값을 측정할 수 있는 효과가 있다. 또한, 본 발명에 의하면 피측정 상의 출력 노드 전압 값에 기초하여 배터리 단락 여부를 감지할 수 있는 효과가 있다. 또한, 본 발명에 의하면 피측정 상의 출력 노드 전압 값에 기초하여 접지 단락 여부를 감지할 수 있는 효과가 있다. 또한, 본 발명에 의하면 피측정 상의 출력 노드 전압 값에 기초하여 단선 여부를 감지할 수 있는 효과가 있다. 또한, 본 발명은 3상 모터의 각 상 중 3상 모터의 구동에 참여하지 않는 상을 피측정 상으로 판단할 수 있는 효과가 있다.
전술한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.

Claims (6)

  1. 3상 모터 이상 감지 장치에 있어서,
    상기 3상 모터의 각 상 중 상기 3상 모터의 구동에 참여하지 않는 어느 하나의 상을 선택하여 피측정 상으로 판단하는 판단부;
    PWM 신호를 생성하여 상기 피측정 상으로 상기 PWM 신호를 인가하는 PWM 신호 발생부;
    하나 이상의 트랜지스터 및 하나 이상의 저항을 이용하여 상기 피측정 상의 출력 노드로 출력되는 전압 값을 측정하는 전압 측정부; 및
    상기 전압 측정부에서 측정된 전압 값에 기초하여 상기 피측정 상에 대응하는 모터의 배터리 단락 여부, 접지 단락 여부 및 단선 여부 중 적어도 하나를 감지하는 감지부를
    포함하는 3상 모터 이상 감지 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전압 측정부는
    일단은 배터리와 연결되고 타단은 상기 피측정 상의 출력 노드와 연결되는 제1 트랜지스터 및 일단은 상기 피측정 상의 출력 노드와 연결되고 타단은 접지되는 제2 트랜지스터를 포함하고,
    상기 감지부는
    상기 전압 측정부에서 측정된 전압 값이 상기 배터리의 전압과 동일하면 배터리 단락으로 감지하는 3상 모터 이상 감지 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 감지부는
    상기 전압 측정부에서 측정된 전압 값이 0V이면 접지 단락으로 감지하는 3상 모터 이상 감지 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제1 트랜지스터 및 상기 제2 트랜지스터의 게이트 단에 전압을 인가하여 상기 제1 트랜지스터 및 상기 제2 트랜지스터를 턴 온 시키는 드라이버를 더 포함하는 3상 모터 이상 감지 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전압 측정부는
    일단은 배터리와 연결되고 타단은 상기 피측정 상의 출력 노드와 연결되는 풀업 저항 및 일단은 상기 피측정 상의 출력 노드와 연결되고 타단은 접지되는 풀다운 저항을 포함하고,
    상기 감지부는
    상기 전압 측정부에서 측정된 전압 값에 기초하여 단선 여부를 감지하는 3상 모터 이상 감지 장치.
  6. 삭제
KR1020150172698A 2015-12-04 2015-12-04 3상 모터 이상 감지 장치 KR101684190B1 (ko)

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