KR101748482B1 - 모터 제어 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 모터와 모터를 구동하는 모터 구동부와 모터 구동부의 전류를 측정하고, 측정된 전류값을 각각 제1 게인(Gain) 및 제2 게인으로 증폭하고, 그 증폭값인 제1 증폭값과 제2 증폭값을 검출하는 검출부 및 제2 증폭값을 제3 게인으로 증폭하고, 그 증폭값인 제3 증폭값과 제1 증폭값에 대해 연산을 수행하며, 그 연산값이 정상 범위 내에 해당하면 정상인 것으로 판단하여 모터 구동부의 동작을 유지하고, 상기 연산값이 정상 범위 밖에 해당하면 고장인 것으로 판단하여 모터 구동부의 동작을 제한하는 제어부를 포함하는 모터 제어 장치에 관한 것이다.

Description

모터 제어 장치 및 방법{MOTOR CONTROL APPARATUS AND METHOD THEREOF}
본 발명은 모터 제어 장치에 관한 것이다.
모터 제어 장치에는 동작 제어 및 전력효율 등의 이유로 많은 수의 소자를 포함하는 전자회로를 동반한다.
전자회로를 구성하는 많은 수의 소자에 외부의 영향 또는 노화 등의 고장이 발생하면 상기 모터 제어 장치는 예상치 못한 동작을 수행하는 문제점이 발생할 수 있다.
특히, 차량에 있어서 전술한 이유에 의해 발생하는 사고는 재산의 피해뿐만 아니라 인명의 피해까지 초래할 수 있다.
이러한 사고를 예방하기 위해 많은 연구기관에서 연구개발을 수행하고 있으나 아직 미흡한 실정이다.
이러한 배경에서, 본 발명의 목적은, 일 측면에서, 전자회로를 구성하는 소자에 고장이 발생하는 것을 감지하여 예상치 못한 동작을 예방하는 모터 제어 장치를 제공하는 것이다.
일 측면에서, 본 발명은 모터와 모터를 구동하는 모터 구동부와 모터 구동부의 전류를 측정하고, 측정된 전류값을 각각 제1 게인(Gain) 및 제2 게인으로 증폭하고, 그 증폭값인 제1 증폭값과 제2 증폭값을 검출하는 검출부 및 제2 증폭값을 제3 게인으로 증폭하고, 그 증폭값인 제3 증폭값과 상기 제1 증폭값에 대해 연산을 수행하고, 그 연산값이 정상 범위 내에 해당하면 정상인 것으로 판단하여 모터 구동부의 동작을 유지하고, 상기 연산값이 정상 범위 밖에 해당하면 고장인 것으로 판단하여 모터 구동부의 동작을 제한하는 제어부를 포함하는 모터 제어 장치를 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 전자회로를 구성하는 소자에 고장이 발생하는 것을 감지하여 예상치 못한 동작을 예방하는 모터 제어 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 모터 제어 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 모터 제어 장치의 일 예를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 모터 제어 장치의 동작을 설명하기 위한 일 예를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 모터 제어 방법의 흐름도를 도시한 도면이다.
이하, 본 발명의 일부 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 모터 제어 장치의 구성을 도시한 도면이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 모터 제어 장치는 모터, 모터를 구동하는 모터 구동부, 검출부 및 제어부를 포함하며, 검출부는 모터 구동부의 전류를 측정하고 측정된 전류값을 각각 제1 게인(Gain) 및 제2 게인으로 증폭하고 그 증폭값인 제1 증폭값과 제2 증폭값을 검출하며, 제어부는 제2 증폭값을 제3 게인으로 증폭하고 그 증폭값인 제3 증폭값과 제1 증폭값의 연산값이 정상 범위 내에 해당하면 정상인 것으로 판단하여 모터 구동부의 동작을 유지하고, 상기 연산값이 정상 범위 밖에 해당하면 고장인 것으로 판단하여 상기 모터 구동부의 동작을 제한하는 기능을 수행한다.
아래에서는 도 1을 참조하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 모터 제어 장치(100)의 구성요소에 대하여 상세하게 설명한다.
본 발명의 일 실시 예에 의한 모터 제어 장치(100)에 포함되는 모터(110)는 회전자를 감싸는 전선에 흐르는 전류와 고정자에 설치된 자석에 의한 자기장에 의해 힘이 발생하여 동작하는 장치이다. 모터(110)는 전원의 종류에 따라 직류전동기와 교류전동기로 분류할 수 있다.
직류전동기는 내부의 전기자가 180도 회전할 때마다 방향을 바꾸는 방법에 따라 브러쉬를 사용한 브러쉬부착 전동기와 전자 스위칭 기술을 이용한 브러쉬리스(brushless) 전동기로 구분되며, 브러쉬부착 전동기는 여자방식에 따라 타려식, 분권식, 복권식, 직권식으로 나눌 수 있다.
직류전동기는 속도, 토크 및 회전방향의 제어가 용이한 장점이 있다. 그러나 정류기가 필요하고, 정류 문제나 기계적인 강도상의 문제로 고속화에 제한이 있으며, 브러쉬부착전동기는 정기적인 보수 점검이 필요하다는 단점이 있다. 소형 직류전동기는 대개 12[V] 정도의 저전압에서 작동하는 특징이 있다.
직류전동기는 속도제어가 쉽기 때문에 전철, 엘리베이터, 압연기 등과 같이 속도 조정이 필요한 경우 널리 사용될 수 있다.
반면, 교류전동기는 3상교류용인 유도전동기와 단상교류용인 동기전동기로 구분될 수 있다.
유도전동기는 간단한 구조, 강한 내구성, 저렴한 가격 및 사용의 편리성의 장점에 의해 많이 사용되며, 동기전동기는 일정한 속도로 회전하며 역률 조정이 간편하기 때문에 컨베이어벨트용 전동기, 소형시계나 타이밍 모터에 사용된다.
3상교류용의 전력은 1[kW] 정도 이상부터 수천[kW]까지 존재하며, 드물게 1만[kW]를 넘는 대형기가 있으며, 단상교류용은 수백[W] 이하의 소형기에 사용될 수 있다.
전술한 예시뿐만 아니라, 모터(110)는 차량 조향 제어 장치에도 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 모터 제어 장치(100)에 포함되는 모터 구동부(120)는 기본적으로 모터(110)를 구동하는 기능을 수행한다.
더 상세하게 설명하면, 제어부(140)가 모터(110)를 프로그래밍을 사용하여 제어하면, 모터 구동부(120)가 상기 프로그래밍에 기초하여 모터 구동신호를 생성하여 모터(110)가 동작하도록 한다.
프로그래밍은 마이크로 컨트롤러 유닛(Micro Controller Unit, MCU) 등을 포함하는 프로세서 장치가 일을 수행하는데 사용하는 기호를 의미할 수 있다.
상기 모터 구동신호는 전압, 전류, 주파수 및 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation, PWM) 중 하나 이상이 해당될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 모터 제어 장치(100)는 모터 구동부(120)의 전류를 측정하고, 측정된 전류값을 각각 제1 게인(Gain) 및 제2 게인으로 증폭하고, 그 증폭값인 제1 증폭값 제2 증폭값을 검출하는 검출부(130)를 포함할 수 있다.
검출부(130)는 션트(Shunt)저항 등을 포함하는 소자를 사용하여 모터 구동부(120)의 전류를 측정할 수 있다.
검출부(130)는 전력효율을 향상시키기 위해 낮은 값의 션트저항을 사용한다. 하지만, 검출부(130)가 낮은 값의 션트저항을 사용함에 따라 전류 측정의 정확도가 떨어지는 단점이 있다.
자세한 예를 들어 전력이 100k[W], 전류가 100[A]인 모터 구동부(120)에서 검출부(130)가 1m[ohm]의 션트저항을 사용하면 0.1[V]의 전압이 측정될 수 있다. 또한, 전력이 90k[W], 전류가 90[A]인 모터 구동부(120)에서 검출부(130)가 1m[ohm]의 션트저항을 사용하면 0.09[V]의 전압이 측정된다.
전술한 예에서, 검출부(130)는 0.01[V] 차이 전압을 측정할 정도로 민감해야 한다. 이와 같은 경우, 노이즈(Noise) 등의 간섭이 존재하면 검출부(130)는 비정상적인 전류값을 검출할 수 있다.
이와 달리 전력이 100k[W], 전류가 100[A]인 모터 구동부(120)에서 검출부(130)가 0.1[ohm]의 션트저항을 사용하면, 10[V]의 전압이 측정될 수 있다. 또한, 90k[W], 전류가 90[A]인 모터 구동부(120)에서 검출부(130)가 0.1[ohm]의 션트저항을 사용하면, 9[V]의 전압이 측정된다.
전술한 예에서 검출부(130)는 1[V] 차이 전압을 측정할 수 있으면 된다. 따라서 정확도 측면에서 기능이 향상될 수 있다. 또한 노이즈 등의 간섭이 존재하더라도, 전류값의 변동은 미비하기 때문에 검출부(130)는 정상적인 전류값을 검출할 수 있다.
일반적으로, 검출부(130)는 적은 전력손실이 발생하는 장점을 중점으로 낮은 저항값을 갖는 션트저항을 사용하여 모터 구동부(120)의 전류를 측정한다.
이하의 설명에서 검출부(130)는 션트저항을 사용하여 모터 구동부(120)의 전류를 측정하는 것으로 제한하여 설명하고 있으나 그에 한정되는 것은 아니다. 또한, 검출부(130)가 션트저항을 사용하여 모터 구동부(120)의 전류를 측정함에 따라 전압값을 측정하는 것이지만, 이해의 편의를 위해 전류값를 측정하는 것으로 표현한다.
전력효율이 향상되는 반면 전류 측정의 정확도가 낮아지는 점을 보완하고자, 검출부(130)는 연산증폭기(Operating Amplifier, OP AMP) 또는 반전증폭기(Inverting Amplifier)를 사용하여 측정된 전류값을 제1 증폭값 및 제2 증폭값으로 증폭하여 검출할 수 있다.
이와 달리, 검출부(130)는 연산증폭기를 사용하여 모터 구동부(120)의 전류를 제1 증폭값으로 증폭하고, 반전증폭기를 사용하여 상기 전류를 제2 증폭값으로 증폭하거나, 또는 반전증폭기를 사용하여 상기 전류를 제1 증폭값으로 증폭하고, 연산증폭기를 사용하여 상기 전류를 제2 증폭값으로 증폭하여 검출할 수도 있다.
간단히 설명하면 연산증폭기는 입력된 신호에 대해 양수배율을 적용하여 출력을 만드는 장치이며, 반전증폭기는 입력된 신호에 대해 음수배율을 적용하여 출력을 만들 수 있는 장치이다.
검출부(130)는 연산증폭기 및 반전증폭기 중 하나 이상에 대해 각각을 구성하는 저항값을 수정하여 측정된 전류값을 제1 게인 또는 제2 게인으로 증폭할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 모터 제어 장치(100)는 제2 증폭값을 제3 게인으로 증폭하고, 그 증폭값인 제3 증폭값과 제1 증폭값에 대해 연산을 수행하고, 그 연산값이 정상 범위 내에 해당하면 정상인 것으로 판단하여 모터 구동부(120)의 동작을 유지하고, 상기 연산값이 정상 범위 밖에 해당하면 고장인 것으로 판단하여 모터 구동부(120)의 동작을 제한하는 제어부(140)를 포함할 수 있다.
제어부(140)는 소프트웨어 연산을 이용하여 제2 증폭값을 제3 증폭값으로 증폭한다.
이는, 검출부(130)가 연산증폭기 및 반전증폭기 중 하나 이상을 사용하여 신호를 증폭하는 것과 달리 제어부(140)는 프로그래밍을 포함한 소프트웨어 연산을 이용하여 증폭한다.
이후, 제어부(140)는 제1 증폭값과 제3 증폭값에 대해 연산을 수행하고, 그 연산값이 정상 범위 내에 해당하면 정상인 것으로 판단하여 모터 구동부(120)의 동작을 유지하고, 상기 연산값이 정상 범위 밖에 해당하면 고장인 것으로 판단하여 모터 구동부(120)의 동작을 제한한다.
일 예를 들어, 제2 게인과 제3 게인의 곱은 제1 게인과 같도록 설정할 수 있다. 이 경우, 제어부(140)는 제3 증폭값과 제1 증폭값에 대해 뺄셈을 수행하고, 그 뺄셈값이 일정 범위 내에 해당하면 정상인 것으로 판단하여 모터 구동부(120)의 동작을 유지하고, 상기 뺄셈값이 일정 범위 밖에 해당하면 고장인 것으로 판단하여 상기 모터 구동부(120)의 동작을 제한할 수 있다.
상기 일정 범위는 0을 기준으로 하며, 상기 일정 범위는 검출부(130)에서 사용하는 연산증폭기 및 반전증폭기 중 하나 이상의 오차 성능에 기초하여 결정될 수 있다.
예를 들어 검출부(130)가 0.1의 오차 성능을 갖는 연산증폭기를 사용하여 션트저항에서 측정된 1[A]를 10의 게인으로 증폭하여 제1 증폭값을 검출하고, 0.1의 오차 성능을 갖는 연산증폭기를 사용하여 상기 1[A]를 5의 게인으로 증폭하여 제2 증폭값을 검출하며 제어부(140)가 2의 게인으로 증폭하여 제3 증폭값을 생성하면, 상기 일정범위는 -2[A] 내지 2[A]이 될 수 있다.
자세히 설명하면 검출부(130)는 0.1의 오차 성능에 의해 9 내지 11의 게인으로 증폭하여 제1 검출값을 검출하고, 4.5 내지 5.5의 게인으로 증폭하여 제2 검출값을 검출하며 제어부(140)가 2의 게인으로 제3 증폭값을 생성한다. 즉, 검출부(130)는 9[A] 내지 11[A]인 제1 증폭값을 검출하고, 4.5[A] 내지 5.5[A]인 제2 증폭값을 검출할 수 있으며, 제어부(140)가 4.5 내지 5.5인 제2 증폭값을 2의 게인으로 증폭하여, 9[A] 내지 11[A]인 제3 증폭값을 생성할 수 있다.
이후, 제어부(130)가 9[A] 내지 11[A]인 제1 증폭값과 9[A] 내지 11[A]인 제3 증폭값에 대해 뺄셈을 수행하면, -2[A] 내지 2[A]의 일정범위를 얻을 수 있다.
전술한 예시는 제1 게인, 제2 게인 및 제3 게인이 양수인 경우에 대해 설명하였으나, 이 외에 제2 게인과 제3 게인의 곱이 제1 게인과 같은 모든 경우에도 동일하게 적용될 수 있다.
이와 달리, 제2 게인과 제3 게인의 곱은 음수의 제1 게인과 같도록 설정할 수 있다. 이 경우, 제어부(140)는 제3 증폭값과 제1 증폭값에 대해 덧셈을 수행하고, 그 덧셈값이 특정 범위 내에 해당하면 정상인 것으로 판단하여 모터 구동부(120)의 동작을 유지하고, 상기 덧셈값이 특정 범위 밖에 해당하면 고장인 것으로 판단하여 상기 모터 구동부(120)의 동작을 제한한다.
상기 특정 범위는 0을 기준으로 하며 상기 특정 범위는 검출부(130)에서 사용하는 연산증폭기 및 반전증폭기 중 하나 이상의 오차 성능에 기초하여 결정될 수 있다.
예를 들어 검출부(130)가 0.1의 오차 성능을 갖는 연산증폭기를 사용하여 션트저항에서 측정된 1[A]를 10의 게인으로 증폭하여 제1 증폭값을 검출하고, 0.1의 오차 성능을 갖는 반전증폭기를 사용하여 상기 1[A]를 -5의 게인으로 증폭하여 제2 증폭값을 검출하며, 제어부(140)가 2의 게인으로 증폭하여 제3 증폭값을 생성하면 상기 특정범위는 -2[A] 내지 2[A]이 될 수 있다.
자세히 설명하면, 검출부(130)는 0.1의 오차 성능에 의해 9 내지 11의 게인으로 증폭하여 제1 증폭값을 검출하고, -4.5 내지 -5.5의 게인으로 증폭하여 제2 증폭값을 검출하며, 제어부(140)가 2의 게인으로 증폭하여 제3 증폭값을 생성한다. 즉, 검출부(130)는 9[A] 내지 11[A]인 제1 증폭값을 검출하고, -4.5[A] 내지 -5.5[A]인 제2 증폭값을 검출하며, 제어부(140)가 -4.5 내지 -5.5인 제2 증폭값을 2의 게인으로 증폭하여, -9[A] 내지 -11[A]인 제3 증폭값을 생성한다.
이후, 제어부(130)가 9[A] 내지 11[A]인 제1 증폭값과 -9[A] 내지 -11[A]인 제3 증폭값에 대해 덧셈을 수행하면, -2[A] 내지 2[A]의 특정범위를 얻을 수 있다.
전술한 예시는 제1 게인 및 제3 게인은 양수, 제2 게인은 음수인 경우에 대해 설명하였으나, 이 외에 제2 게인과 상기 제3 게인의 곱이 음수의 상기 제1 게인와 같은 모든 경우에도 동일하게 적용될 수 있다.
상기 오차 성능은 연산증폭기 또는 반전증폭기를 구성하는 일부 저항의 오차 영향을 포함할 수 있다.
또한, 상기 일정범위 및 특정범위는 전술한 예와 같을 수 있으나, 연산증폭기의 구성과 반전증폭기의 구성에 따라 일부 다를 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 모터 제어 장치의 일 예를 도시한 도면이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 모터 제어 장치는 모터, 모터를 구동하는 모터 구동부, 검출부 및 제어부를 포함하며, 검출부는 모터 구동부의 전류를 측정하고 측정된 전류값을 각각 제1 게인(Gain) 및 제2 게인으로 증폭하고 그 증폭값인 제1 증폭값과 제2 증폭값을 검출하며, 제어부는 제2 증폭값을 제3 게인으로 증폭하고 그 증폭값인 제3 증폭값과 상기 제1 증폭값에 대해 연산을 수행하고 그 연산값이 정상 범위 내에 해당하면 정상인 것으로 판단하여 상기 모터 구동부의 동작을 유지하고, 상기 연산값이 정상 범위 밖에 해당하면 고장인 것으로 판단하여 상기 모터 구동부의 동작을 제한하는 동작을 수행한다.
도 2에 의한 실시 예에 따른 모터 제어 장치에 포함되는 모터(110)는 조향 제어 장치에 사용되는 컬럼 타입(Column-type) 모터 또는 랙 타입(Rack-type) 모터일 수 있으나, 그에 한정되는 것은 아니다.
도 2의 일 실시 예에 따른 모터 제어 장치는 모터(110)를 구동하는 모터 구동부(120)를 포함할 수 있으며, 이러한 모터 구동부(120)는 모터(110)에 따라 특성이 결정될 수 있다.
예를 들어, 모터(110)가 직류전동기인 경우 모터 구동부(120)는 컨버터(Converter)가 될 수 있다.
간단히 설명하면 컨버터는 입력과 출력이 직류인 회로로서, 모터 구동부(120)는 배터리의 전압을 직류전동기가 구동하도록 증가 또는 감소시키는 기능을 수행한다.
이와 달리, 모터(110)가 교류전동기인 경우 모터 구동부(120)는 인버터(Inverter)가 될 수 있다.
상기 컨버터와 달리, 인버터는 입력은 직류이나 출력이 교류인 회로로서, 모터 구동부(120)는 배터리의 전압을 교류전동기가 구동하도록 교류로 변환하는 기능을 수행한다.
검출부(130)는 모터 구동부(120)의 전류를 R(210)을 이용하여 측정할 수 있다.
R(210)은 모터 구동부(120)의 전류를 정밀하게 감지하기 위해 일반 저항이 아닌 션트저항을 사용할 수 있다.
또한, R(210)은 전력효율을 향상시키기 위해 낮은 값의 션트저항을 사용한다.
이후, 검출부(130)는 R(210)을 이용하여 측정한 모터 구동부(120)의 전류값을 각각 제1 게인을 갖는 제1 증폭부(220) 및 제2 게인을 갖는 제2 증폭부(225)를 이용하여 제1 증폭값과 제2 증폭값으로 증폭할 수 있다.
제1 증폭부(220) 및 제2 증폭부(225)는 연산증폭기 또는 반전증폭기 중 하나를 사용할 수 있다.
연산증폭기는 양수의 게인을 갖는 증폭기를 의미한다. 따라서, 제1 증폭부(220) 및 제2 증폭부(225)가 연산증폭기를 사용하면, 제1 증폭부(220)의 제1 게인 및 제2 증폭부(225)의 제2 게인은 양수가 될 수 있다.
이와 달리, 반전증폭기는 음수의 게인을 갖는 증폭기를 의미한다. 따라서, 제1 증폭부(220) 및 제2 증폭부(225)가 반전증폭기를 사용하면, 제1 증폭부(220)의 제1 게인 및 제2 증폭부(225)의 제2 게인은 음수가 될 수 있다.
또한, 연산증폭기 및 반전증폭기는 구성하는 일부 저항을 수정함으로써, 게인을 변경할 수 있다.
전술한 내용을 적용하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 제1 증폭부(220)의 제1 게인 및 제2 증폭부(225)의 제2 게인의 부호 및 크기를 필요에 따라 설정할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 모터 제어 장치의 제어부(140)는 제2 증폭값을 제3 게인을 갖는 제3 증폭부(230)를 이용하여 제3 증폭값으로 증폭할 수 있다.
제3 증폭부(230)는 연산증폭기 및 반전증폭기 중 하나 이상을 사용하여 전류를 증폭하는 제1 증폭부(220) 및 제2 증폭부(225)와 달리 프로그래밍을 포함한 소프트웨어 연산을 이용하여 제2 증폭값을 제3 증폭값으로 증폭한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 모터 제어 장치에서 제1 게인, 제2 게인 및 제3 게인은 다음 수학식 1 또는 수학식 2의 관계가 되도록 설정할 수 있다.
[수학식 1]
제2 게인 * 제3 게인 = 제1 게인
[수학식 2]
제2 게인 * 제3 게인 = - 제1 게인
예를 들어, 제1 증폭부(220) 및 제2 증폭부(225)가 연산증폭기 또는 반전증폭기를 사용하고 제3 증폭부(230)가 양수의 게인을 갖도록 설정하면 수학식 1의 관계가 될 수 있다.
다른 예를 들어, 제1 증폭부(220)가 연산증폭기를 사용하고, 제2 증폭부(225)가 반전증폭기를 사용하며 제3 증폭부(230)가 음수의 게인을 갖도록 설정하면 수학식 1의 관계가 될 수 있다.
또 다른 예를 들어, 증폭부(220)가 반전증폭기를 사용하고, 제2 증폭부(225)가 연산증폭기를 사용하며 제3 증폭부(230)가 음수의 게인을 갖도록 설정하면 수학식 1의 관계가 될 수 있다.
이와 달리, 제1 증폭부(220) 및 제2 증폭부(225)가 연산증폭기 또는 반전증폭기를 사용하고 제3 증폭부(230)가 음수의 게인을 갖도록 설정하면 수학식 2의 관계가 될 수 있다.
또는, 제1 증폭부(220)가 연산증폭기를 사용하고, 제2 증폭부(225)가 반전증폭기를 사용하고 제3 증폭부(230)가 양수의 게인을 갖도록 설정하면 수학식 2의 관계가 될 수 있다.
마지막으로, 증폭부(220)가 반전증폭기를 사용하고, 제2 증폭부(225)가 연산증폭기를 사용하고 제3 증폭부(230)가 양수의 게인을 갖도록 설정하면 수학식 2의 관계가 될 수 있다.
제어부(140)는 연산부(240)를 이용하여 제1 증폭값과 제3 증폭값에 대해 연산을 수행한다.
제1 게인, 제2 게인 및 제3 게인이 수학식 1의 관계가 되도록 설정되면, 연산부(240)는 제1 증폭값과 제3 증폭값에 대해 뺄셈 연산을 수행한다.
이와 달리 제1 게인, 제2 게인 및 제3 게인이 수학식 2의 관계가 되도록 설정되면, 연산부(240)는 제1 증폭값과 제3 증폭값에 대해 덧셈 연산을 수행한다.
이후, 제어부(140)의 판단부(250)는 연산부(240)의 연산 결과에 기초하여 모터(110) 및 모터 구동부(120)의 동작이 정상인지, 또는 모터(110) 및 모터 구동부(120) 중 하나 이상의 동작이 고장인지 판단한다.
제1 게인, 제2 게인 및 제3 게인이 수학식 1의 관계가 되도록 설정되어 연산부(240)가 제1 증폭값과 제3 증폭값에 대해 뺄셈 연산을 수행하는 경우, 뺄셈 연산값이 미리 설정된 일정범위 내에 해당하면 판단부(250)는 정상인 것으로 판단하여 모터 구동부(120)의 동작을 유지한다. 만약, 뺄셈 연산값이 미리 설정된 일정범위 밖에 해당하면 판단부(250)는 고장인 것으로 판단하여 모터 구동부(120)의 동작을 제한한다.
이와 달리, 제1 게인, 제2 게인 및 제3 게인이 수학식 2의 관계가 되도록 설정되어 연산부(240)가 제1 증폭값과 제3 증폭값에 대해 덧셈 연산을 수행하는 경우, 덧셈 연산값이 미리 설정된 특정범위 내에 해당하면 판단부(250)는 정상인 것으로 판단하여 모터 구동부(120)의 동작을 유지한다. 만약, 뺄셈 연산값이 미리 설정된 특정범위 밖에 해당하면 판단부(250)는 고장인 것으로 판단하여 모터 구동부(120)의 동작을 제한한다.
상기 일정 범위 및 특정 범위는 제1 게인 및 제2 게인의 오차 성능에 의해 결정될 수 있다.
전술한 동작을 수행함으로써, 본 발명의 일 실시 예에 따른 모터 제어 장치는 제1 증폭부(220) 및 제2 증폭부(225)에 발생한 동일한 고장에 대해서도 판단부(250)는 고장인 것으로 판단하여 모터 구동부의 동작을 제한할 수 있다.
이로써 제1 증폭부(220) 및 제2 증폭부(225)에 동일한 고장이 발생하는 경우, 본 발명의 일 실시 예에 따른 모터 제어 장치는 모터(110) 및 모터 구동부(120)가 오동작 하는 것을 예방 할 수 있다.
예를 들어, 제1 증폭부(220) 및 제2 증폭부(225)를 구성하는 동일 소자에 고장이 발생하여 제1 증폭부(220)의 제1 게인 및 제2 증폭부(225)의 제2 게인이 반으로 감소될 수 있다. 이 경우, 연산부(240)에서의 연산값은 정상 범위 밖에 해당되고, 이로써 판단부(250)는 고장인 것으로 판단하고 모터 구동부(120)의 동작을 제한할 수 있다.
전술한 고장은 제1 증폭부(220) 및 제2 증폭부(225)를 포함하는 에이직(Application Specific Integrated Circuit, ASIC) 전체에 발생하는 고장을 포함할 수 있다.
또한 전술한 모터 구동부(120)의 동작 제한은 시스템 작동을 중지하는 셧다운(Shutdown)을 포함할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 모터 제어 장치의 동작을 설명하기 위한 일 예를 도시한 도면이다.
도 3의 실시 예에 따른 모터 제어 장치는 모터, 모터를 구동하는 모터 구동부, 검출부 및 제어부를 포함할 수 있으며, 검출부는 모터 구동부의 전류를 측정하고 측정된 전류값을 각각 제1 게인 및 제2 게인으로 증폭하고 그 증폭값인 제1 증폭값과 제2 증폭값을 검출하며, 제어부는 제2 증폭값을 제3 게인으로 증폭하고 그 증폭값인 제3 증폭값과 제1 증폭값에 대해 연산을 수행하고 그 연산값이 정상 범위 내에 해당하면 정상인 것으로 판단하여 상기 모터 구동부의 동작을 유지하고, 상기 연산값이 정상 범위 밖에 해당하면 고장인 것으로 판단하여 상기 모터 구동부의 동작을 제한하는 동작을 수행할 수 있다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 모터 제어 장치의 모터 구동부가 모터를 구동한다(S300).
모터가 직류전동기이고 이에 따라 모터 구동부가 컨버터인 경우, 모터 구동부가 모터에 일정 직류전압을 인가하여 모터를 구동한다.
이와 달리 모터가 교류전동기이고 이에 따라 모터 구동부가 인버터인 경우, 모터 구동부가 모터에 일정 교류전압을 인가하여 모터를 구동한다.
이후, 검출부가 모터 구동부의 전류를 측정한다(S310).
S310 단계에서, 모터 구동부에 미리 설치해둔 션트저항을 이용하여 전류를 측정할 수 있다. 션트저항을 이용하여 전류를 측정하는 방법 외에도 홀 센서 등을 포함하는 전류 센서를 이용하여 모터 구동부의 전류를 측정할 수도 있다.
다음 검출부는 션트저항을 이용하여 측정한 전류값을 2개의 증폭기를 사용하여 각각 제1 증폭값 및 제2 증폭값으로 증폭한다(S320).
S320 단계에서 사용하는 2개의 증폭기 각각은 연산증폭기 또는 반전증폭기를 사용하여 양수의 게인 또는 음수의 게인으로 증폭할 수 있다.
또한, 2개의 증폭기 각각은 구성하는 일부 저항의 값을 변경함으로써 다른 게인을 갖도록 수정할 수 있다.
S320 단계가 수행되면, 제어부가 소프트웨어 연산을 이용하여 제2 증폭값을 제3 증폭값으로 증폭한다(S330).
단, S330 단계에서 제3 증폭값이 제1 증폭값과 같거나 또는 제3 증폭값이 음수의 제1 증폭값이 되도록 소프트웨어 연산을 설정할 수 있다.
다음 제어부는 제1 증폭값과 제3 증폭값에 대해 연산한다(S340).
만약 S320 단계 및 S330 단계에서 제3증폭값과 제1증폭값이 같도록 설정되면, S340 단계는 제1 증폭값과 제3 증폭값에 대해 뺄셈 연산한다.
이와 달리 S320 단계 및 S330 단계에서 제3증폭값이 음수의 제1 증폭값이 되도록 설정되면, S340 단계는 제1 증폭값과 제3 증폭값에 대해 덧셈 연산한다.
이후, 제어부는 S340 단계에서 연산값 연산값이 미리 설정된 정상 범위 내에 해당하는지 판단한다(S350).
정상 범위는 S320 단계에서 증폭에 사용한 연산증폭기 또는 반전증폭기의 오차 성능에 기초하여 미리 설정될 수 있다.
정상 범위의 간격은 연산증폭기 또는 반전증폭기의 오차 성능에 비례할 수 있다.
예를 들어 연산증폭기 또는 반전증폭기의 오차 성능이 큰 값이면, 정상 범위는 큰 간격이 될 수 있다.
S350 단계에서 연산값이 미리 설정된 정상 범위 내에 해당하는 것으로 판단되면, 제어부는 정상으로 판단하고 모터 구동부의 동작을 유지한다(S360).
이와 달리 S350 단계에서 연산값이 미리 설정된 정상 범위 밖에 해당하는 것으로 판단되면, 제어부는 고장으로 판단하고 모터 구동부의 동작을 제한한다(S370).
S370 단계를 예로 들면, 제어부가 모터 구동부의 스위치에 인가하는 신호를 더 이상 인가하지 않음으로써 모터 구동부의 동작을 제한할 수 있다. 또는 모터 구동부에 릴레이를 포함하는 스위치를 미리 설치하고 제어부가 상기 스위치에 오프 신호를 인가하여 모터 구동부의 동작을 제한할 수 있다.
이하에서는 도1 내지 도3을 이용하여 설명한 모터 제어 장치가 수행하는 동작인 모터 제어 방법에 대해서 간략하게 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 모터 제어 방법의 흐름도를 도시한 도면이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 모터 제어 방법은 모터를 구동하는 모터 구동단계와 모터의 전류를 측정하고, 측정된 전류값을 각각 제1 게인(Gain) 및 제2 게인으로 증폭하고, 그 증폭값인 제1 증폭값과 제2 증폭값을 검출하는 검출단계 및 상기 제2 증폭값을 제3 게인으로 증폭하고, 그 증폭값인 제3 증폭값과 제1 증폭값에 대해 연산을 수행하고, 그 연산값이 정상 범위 내에 해당하면 정상인 것으로 판단하여 모터의 동작을 유지하고, 상기 연산값이 정상 범위 밖에 해당하면 고장인 것으로 판단하여 모터의 동작을 제한하는 제어단계를 포함할 수 있다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 모터 제어 방법은 모터 구동단계(S400)를 포함할 수 있다.
모터 구동단계(S400)는 마이크로 컨트롤러 유닛 등을 포함하는 프로세서 장치를 이용하여 모터에 전력을 공급하는 컨버터 또는 인버터에 신호를 인가하는 단계가 될 수 있다.
모터 구동단계(S400)를 수행함으로써 동작하는 모터의 전류를 측정하고 측정된 전류값을 각각 제1 게인(Gain) 및 제2 게인으로 증폭하고, 그 증폭값인 제1 증폭값과 제2 증폭값을 검출하는 검출단계(S410)를 포함할 수 있다.
검출단계(S410)에서 션트(Shunt)저항 등을 포함하는 소자를 사용하여 모터의 전류를 측정할 수 있다.
검출단계(S410)에서 전력효율을 향상시키기 위해 낮은 값의 션트저항을 사용할 수 있다. 하지만, 낮은 값의 션트저항을 사용함에 따라 전류 측정의 정확도가 떨어지는 단점이 있다.
전술한 전류 측정의 정확도가 낮아지는 단점을 보완하고자, 검출단계(S410)는 연산증폭기 및 반전증폭기 중 하나 이상을 사용하여 측정된 전류값을 각각 제1 증폭값 및 제2 증폭값으로 증폭하여 검출한다.
이와 달리, 검출단계(S410)는 연산증폭기를 사용하여 측정된 전류값을 제1 증폭값으로 증폭하고, 반전증폭기를 사용하여 상기 전류값을 제2 증폭값으로 증폭하거나, 또는 반전증폭기를 사용하여 상기 전류값을 제1 증폭값으로 증폭하고, 연산증폭기를 사용하여 상기 전류값을 제2 증폭값으로 증폭하여 검출할 수도 있다.
검출단계(S410)는 연산증폭기 및 반전증폭기 중 하나 이상에 대해 각각을 구성하는 일부의 저항값을 수정함으로써 측정된 전류값을 제1 게인 또는 제2 게인으로 증폭하도록 설정할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 모터 제어 방법은 제2 증폭값을 제3 게인으로 증폭하고, 그 증폭값인 제3 증폭값과 제1 증폭값에 대해 연산을 수행하고, 그 연산값이 정상 범위 내에 해당하면 정상인 것으로 판단하여 모터의 동작을 유지하고, 상기 연산값이 정상 범위 밖에 해당하면 고장인 것으로 판단하여 모터의 동작을 제한하는 제어단계(S420)를 포함할 수 있다.
제어단계(S420)는 소프트웨어 연산을 이용하여 제2 증폭값을 제3 증폭값으로 증폭할 수 있다.
이는 검출단계(S410)가 연산증폭기 및 반전증폭기 중 하나 이상을 사용하여 신호를 증폭하는 것과 달리, 프로그래밍을 포함한 소프트웨어 연산을 이용하여 증폭한다.
이후, 제어단계(S420)는 제1 증폭값과 제3 증폭값에 대해 연산을 수행하고, 그 연산값이 정상 범위 내에 해당하면 정상인 것으로 판단하여 모터의 동작을 유지하고, 상기 연산값이 정상 범위 밖에 해당하면 고장인 것으로 판단하여 모터의 동작을 제한한다.
제2 게인과 제3 게인의 곱은 제1 게인과 같도록 설정할 수 있다. 이 경우, 제어단계(S420)는 제3 증폭값과 제1 증폭값에 대해 뺄셈을 수행하고, 그 뺄셈값이 일정 범위 내에 해당하면 정상인 것으로 판단하여 모터의 동작을 유지하고, 상기 뺄셈값이 일정 범위 밖에 해당하면 고장인 것으로 판단하여 상기 모터의 동작을 제한한다.
상기 일정 범위는 0을 기준으로 하며, 상기 일정 범위는 검출단계(S410)에서 사용하는 연산증폭기 및 반전증폭기 중 하나 이상의 오차 성능에 기초하여 설정될 수 있다.
상기 오차 성능은 연산증폭기 또는 반전증폭기를 구성하는 일부 저항의 오차에 의한 영향을 포함할 수 있다.
이 외에도 본 발명의 모터 제어 방법은 도 1 내지 도 3에 기초하여 설명한 본 발명의 모터 제어 장치가 수행하는 각 동작을 모두 수행할 수 있다.
이상에서, 본 발명의 실시 예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합되거나 결합되어 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시 예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (9)

  1. 모터;
    상기 모터를 구동하는 모터 구동부;
    상기 모터 구동부의 전류를 측정하고, 측정된 전류값을 각각 제1 게인(Gain) 및 제2 게인으로 증폭하고, 그 증폭값인 제1 증폭값과 제2 증폭값을 검출하는 검출부; 및
    소프트웨어 연산을 통해 상기 제1 게인 및 상기 제 2게인의 정량적 관계를 기반으로 제3 게인을 결정하여 상기 제2 증폭값을 상기 제 3게인으로 증폭하고, 그 증폭값인 제3 증폭값과 상기 제1 증폭값에 대해 연산을 수행하고, 그 연산값이 정상 범위 내에 해당하면 정상인 것으로 판단하여 상기 모터 구동부의 동작을 유지하고, 상기 연산값이 정상 범위 밖에 해당하면 고장인 것으로 판단하여 상기 모터 구동부의 동작을 제한하는 제어부를 포함하는 모터 제어 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 검출부는,
    연산증폭기(Operating Amplifier, OP AMP) 또는 반전증폭기(Inverting Amplifier)를 사용하여 상기 전류를 상기 제1 증폭값 및 상기 제2 증폭값으로 증폭하여 검출하는 모터 제어 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 검출부는,
    연산증폭기를 사용하여 상기 전류를 상기 제1 증폭값으로 증폭하고, 반전증폭기를 사용하여 상기 전류를 상기 제2 증폭값으로 증폭하거나, 또는
    상기 반전증폭기를 사용하여 상기 전류를 상기 제1 증폭값으로 증폭하고, 상기 연산증폭기를 사용하여 상기 전류를 상기 제2 증폭값으로 증폭하여 검출하는 모터 제어 장치.
  4. 삭제
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제2 게인과 상기 제3 게인의 곱은 상기 제1 게인과 같은 모터 제어 장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제3 증폭값과 상기 제1 증폭값에 대해 뺄셈을 수행하고, 그 뺄셈값이 일정 범위 내에 해당하면 정상인 것으로 판단하여 상기 모터 구동부의 동작을 유지하고,
    상기 뺄셈값이 상기 일정 범위 밖에 해당하면 고장인 것으로 판단하여 상기 모터 구동부의 동작을 제한하는 모터 제어 장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 제2 게인과 상기 제3 게인의 곱은 음수의 상기 제1 게인과 같은 모터 제어 장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제3 증폭값과 상기 제1 증폭값에 대해 덧셈을 수행하고, 그 덧셈값이 특정 범위 내에 해당하면 정상인 것으로 판단하여 상기 모터 구동부의 동작을 유지하고,
    상기 덧셈값이 상기 특정 범위 밖에 해당하면 고장인 것으로 판단하여 상기 모터 구동부의 동작을 제한하는 모터 제어 장치.
  9. 모터를 구동하는 모터 구동단계;
    상기 모터의 전류를 측정하고, 측정된 전류값을 각각 제1 게인(Gain) 및 제2 게인으로 증폭하고, 그 증폭값인 제1 증폭값과 제2 증폭값을 검출하는 검출단계; 및
    소프트웨어 연산을 통해 상기 제1 게인 및 상기 제 2게인의 정량적 관계를 기반으로 제3 게인을 결정하여 상기 제2 증폭값을 상기 제 3게인으로 증폭하고, 상기 그 증폭값인 제3 증폭값과 상기 제1 증폭값에 대해 연산을 수행하고, 그 연산값이 정상 범위 내에 해당하면 정상인 것으로 판단하여 상기 모터의 동작을 유지하고, 상기 연산값이 정상 범위 밖에 해당하면 고장인 것으로 판단하여 상기 모터의 동작을 제한하는 제어단계를 포함하는 모터 제어 방법.
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