KR101752423B1 - 모터 고장 방지를 위한 듀티 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 모터 고장 방지를 위한 듀티 제어 방법을 개시한다. 본 발명에 따른 모터 고장 방지를 위한 듀티 제어 방법은, 모터 구동 제어를 위한 듀티 제어 값의 출력을 다단계 스탭 형태로 실행하는 것이 아니라, 듀티 제어 값과 모터속도 값 간의 위상을 비교하여 상호 역 상을 이루는 시점을 듀티 제어 값의 변경점으로 설정하고 설정한 듀티 제어 값의 변경점을 기점으로 하여 모터속도 값의 위상과 동일한 위상으로 듀티 제어 값의 위상을 변경한 후 변경한 듀티 제어 값을 모터 구동 제어를 위한 값으로 출력하는 구성을 갖춘다. 따라서, 본 발명은 모터 속도를 제어 듀티가 따라가지 못하여 역 상이 발생함에 따라 모터가 손상되는 것을 방지할 수 있다.

Description

모터 고장 방지를 위한 듀티 제어 방법{DUTY CONTROL METHOD FOR PREVENTING BREAKDOWN OF MOTOR}

본 발명은 모터 고장 방지를 위한 듀티 제어 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 모터 구동을 제어하는 과정에서 모터의 실제 회전속도와 모터를 구동 제어하기 위한 제어 듀티 간에 오차가 발생하는 것을 방지하여 모터 고장 방지를 위한 듀티 제어 방법에 관한 것이다.

통상적으로, 모터의 구동에 있어서 모터의 회전각도 및 회전수를 검출하여 모터의 회전속도 및 위상을 제어하고 있으며, 모터의 회전각을 검출하는 방식에는 모터 부근에 장착되는 홀 센서를 이용한 방식이 주로 사용되고 있다.

이와 같이, 모터의 회전자 부근에 1개 또는 그 이상의 홀 센서를 설치하여 회전자의 회전속도 및 회전수를 검출하며, 이러한 검출 정보를 이용해 해당 모터에 대한 구동 제어를 실행한다.

또한, 상기 언급된 모터 중 하나인 브러시리스(Brushless) 모터를 일례로 설명하면, 브러시리스(Brushless) 모터는 홀 센서를 통해 검출된 모터 회전자의 자극의 세기(즉, 센서 신호)에 따라 고정자 코일에 교번으로 인가되는 전압에 의해 모터를 회전시키는 구조로 이루어진다.

이에, 120도 위상차를 가지는 U, V, W 상의 3개의 고정자 코일을 갖는 3상 직류모터의 경우에는 3개의 홀 센서를 구비하는 경우가 보통이다.

또한, 브러시리스(Brushless) 모터는 구조적으로 영구자석의 회전자가 적용된 동기 모터와 유사하나, 작동방식에 있어서는 전력용 반도체 스위칭 소자와 회전자의 위치검출수단을 통하여 회전자의 기자력과 고정자의 기자력이 일정각을 유지하도록 함으로써 직류모터의 운전특성을 얻게 되는 특징이 있다.

따라서, 브러시리스(Brushless) 모터는 정류자형 직류모터와 같이 브러시의 마멸로 인한 보수가 필요 없으면서도 정류자형 직류모터와 같은 우수한 제어특성을 가지며, 전력용 반도체 스위칭 소자의 개발과 희토류 자석의 개발에 힘입어 고속화 및 소형화가 가능하게 되어 서보 시스템의 다양한 분야에서 널리 사용되고 있다.

브러시리스(Brushless) 모터는 통상 영구자석인 회전자와 고정된 계자권선을 가지며, 일례로 3상의 계자권선을 가지는 경우에 소정의 위치센서에 의해 회전자의 위치가 검측되고, 검측된 위치에 의하여 모터제어장치가 인버터를 제어함으로써 인버터에 의하여 각 계자권선별로 전압의 인가 및 해제가 반복되면서 모터 구동이 이루어지는 구조이다.

또한, 종래의 브러시리스(Brushless) 모터에 대한 구동 제어는 모터드라이브 및 모터제어장치를 통해 구현된다.

즉, 모터드라이브는 홀 센서로부터 입력되는 홀 센서신호와 모터제어장치로부터 입력되는 듀티 제어 값과 모터방향 제어 값을 기반으로 해서 브러시리스(Brushless) 모터에 대한 UVW 파워 제어를 실행한다.

이러한 과정에서, 모터드라이브는 입력받은 홀 센서신호의 패턴변화에 기초한 카운트 신호((즉, CCS: Commutation Count Signal)와 모터 회전방향 안내신호를 모터제어장치로 전달한 후 모터제어장치로부터 모터회전 카운트를 실행한 결과에 상응하여 생성한 듀티 제어 값과 모터방향 제어 값을 제공받아 이를 기초로 브러시리스(Brushless) 모터에 대한 UVW 파워 제어를 실행한다.

하지만, 브러시리스(Brushless) 모터에 대한 듀티 제어 패턴을 도 1을 통해 살펴보면 다음과 같다.

브러시리스(Brushless) 모터가 스프링 장착된 클러치 제어에 사용되면, 도 1의 a) 도면에 도시된 바와 같이 모터 속도가 급격하게 변동하는 경우(예: 클러치 해제로 인한 스프링 장력에 의해 모터 속도가 급변함), 도 1의 b) 도면에 도시된 바와 같이 모터 구동을 제어하는 듀티 제어 값은 다단계 스탭 형태로 출력됨에 따라, 다단계 스탭 형태의 듀티 제어를 통해서는 모터 속도를 따라가지 못하여 제어 듀티 및 모터속도 간에 역 상이 발생하는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 모터 구동 제어를 위한 듀티 제어 값의 출력을 다단계 스탭 형태로 실행하는 것이 아니라, 듀티 제어 값과 모터속도 값 간의 위상을 비교하여 상호 역 상을 이루는 시점을 듀티 제어 값의 변경점으로 설정하고 설정한 듀티 제어 값의 변경점을 기점으로 하여 모터속도 값의 위상과 동일한 위상으로 듀티 제어 값의 위상을 변경한 후 변경한 듀티 제어 값을 모터 구동 제어를 위한 값으로 출력하기 위한 모터 고장 방지를 위한 듀티 제어 방법을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 관점에 따른 모터 고장 방지를 위한 듀티 제어 방법은, 모터제어장치에서 홀 센서신호의 패턴변화에 기초한 카운트 신호를 이용하여 모터의 회전자 위치에 대한 카운트를 실행한 후 상기 카운트를 실행한 결과와 상응하는 듀티 제어 값을 생성하는 단계, 상기 듀티 제어 값과 모터속도 값 간의 위상을 비교하는 단계, 비교 결과에서 역 상으로 전환하면 역 상으로 전환한 시점 이후에 대한 상기 듀티 제어 값을 상기 모터속도 값의 위상과 동일한 위상으로 변경하는 단계 및 상기 위상 변경한 듀티 제어 값을 상기 모터의 구동 제어를 위한 제어신호로 생성하여 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 모터 고장 방지를 위한 듀티 제어 방법은 상기 듀티 제어 값과 상기 모터속도 값을 곱하는 연산실행 결과가 음의 값을 갖는 시점을 상기 역 상으로 전환한 시점인 것으로 판정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 모터는 드라이-듀얼 클러치 변속기(Dry-Dual Clutch Transmission)를 구비한 차량에 장착되는 BLDC(Brushless Direct Current) 모터를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 모터 고장 방지를 위한 듀티 제어 방법은 미리 정해진 기준 시간 이하로 상기 모터로 동작하는 클러치에 대한 해제를 급격하게 실행하는 경우, 상기 듀티 제어값을 위상 변경된 듀티 제어값으로 설정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

따라서, 본 발명에서는 모터 구동 제어를 위한 듀티 제어 값의 출력을 다단계 스탭 형태로 실행하는 것이 아니라, 듀티 제어 값과 모터속도 값 간의 위상을 비교하여 상호 역 상을 이루는 시점을 듀티 제어 값의 변경점으로 설정하고 설정한 듀티 제어 값의 변경점을 기점으로 하여 모터속도 값의 위상과 동일한 위상으로 듀티 제어 값의 위상을 변경한 후 변경한 듀티 제어 값을 모터 구동 제어를 위한 값으로 출력함으로써, 모터 속도를 제어 듀티가 따라가지 못하여 역 상이 발생함에 따라 모터가 손상되는 것을 방지할 수 있는 이점이 있다.

도 1은 종래 기술에 의한 모터의 제어 패턴을 나타내는 도면,
도 2는 본 발명에 의한 모터구동 제어 시스템을 일실시 예로 나타내는 도면,
도 3은 본 발명에 의한 모터의 제어 패턴을 일실시 예로 나타내는 도면,
도 4는 도 3에 도시된 제어 패턴을 듀티 제어 값의 변경점을 기점으로 변경한 제어 패턴을 일실시 예로 나타내는 도면, 및
도 5는 본 발명에 의한 모터제어장치의 동작 과정을 일실시 예로 나타내는 도면이다.

이하, 첨부도면들을 참조하여 본 발명에 따른 모터구동 제어 시스템의 바람직한 실시예를 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 의한 모터구동 제어 시스템을 일실시 예로 나타내는 도면이다. 도 2에 단지 예로써 도시된 바와 같이, 모터구동 제어 시스템은 모터의 회전자 위치에 대한 홀 센서신호를 출력하는 1 이상의 홀 센서, 홀 센서신호의 패턴변화에 기초한 카운트 신호와 모터 회전방향 안내신호를 출력하는 모터드라이브, 및 카운트 신호와 모터 회전방향 안내신호를 수신한 후 이를 기초로 모터회전 카운트를 실행하고 실행한 모터회전 카운트 실행 결과를 이용하여 모터 구동 제어를 위한 듀티 제어 값을 생성하기 위한 모터제어장치(100)를 포함하는 구성을 갖춘다.

이후, 모터제어장치(100)는 듀티 제어 값을 모터드라이브로 소정의 제어신호 형태로 전달함에 따라, 모터드라이브에 의해 모터 구동을 위한 파워공급 스위칭을 실행한다.

여기서, 모터는 드라이-듀얼 클러치 변속기(Dry-Dual Clutch Transmission)를 구비한 차량에 장착되는 BLDC(Brushless Direct Current) 모터인 것을 일례로 하여 아래와 같이 상세하게 본 발명을 설명하기로 한다.

즉, 모터드라이브는 각 홀 센서(예: 제1 홀 센서 내지 제 3 홀 센서)로부터 각 홀 센서신호를 수신한 후 수신한 각 홀 센서신호를 취합한 결과를 기초로 하여 모터의 회전자에 대한 회전방향을 나타내는 모터 회전방향 안내신호를 생성한다.

즉, 모터드라이브는 각 홀 센서신호를 취합한 특정 패턴을 확인함에 따라 특정 구간에서의 모터 회전방향을 변경하는 모터 회전방향 안내신호를 출력한다.

또한, 모터드라이브는 각 홀 센서신호의 패턴 변화를 모터제어장치(100)에 전달하기 위해, 각 홀 센서신호의 패턴 변화를 카운트 신호로 생성한 후 생성한 카운트 신호를 상기 모터 회전방향 안내신호와 함께 모터제어장치(100)로 전달한다.

이에 따라, 모터제어장치(100)는 모터드라이브로부터 수신한 모터 회전방향 안내신호 및 카운트 신호에 기초해서 BLDC(Brushless Direct Current) 모터의 회전자 위치를 카운트한 후 카운트 결과에 상응하여 듀티 제어 값과 모터방향 제어 값을 생성하고, 생성한 듀티 제어 값과 모터방향 제어 값을 모터드라이브에 전달한다.

이러한 기본 기능 이외에, 모터제어장치(100)는 모터 구동을 제어하는 과정에서 BLDC(Brushless Direct Current) 모터의 실제 회전속도와 BLDC(Brushless Direct Current) 모터를 구동 제어하기 위한 제어 듀티 간에 오차가 발생하는 것을 방지하기 위한 기능을 더 포함하고 있다.

이를 위해 모터제어장치(100)는 모터 구동 제어를 위한 듀티 제어 값의 출력을 다단계 스탭 형태로 일관된 출력을 실행하는 것이 아닌, 듀티 제어 값과 모터속도 값 간의 위상 비교 결과에서 역 상을 이루는 경우에는 역 상을 이루는 시점을 듀티 제어 값의 변경점으로 설정한 후 이 변경점을 기준으로 하여 모터속도 값의 위상과 동일한 위상으로 듀티 제어 값의 위상을 변경함에 따라 듀티 제어 값과 모터속도 값 간에 발생한 역 상을 차단한다.

도 3은 본 발명에 의한 모터의 제어 패턴을 일실시 예로 나타내는 도면이다. 도 3의 a)도면 중 A 부분과 같이, 모터속도 값은 (-) 방향으로 급변하여 동작할 수 있다.

하지만, 도 3의 b)도면 중 B 부분은 모터 동작과 상응하여 이후 모터 제어 구동을 제어하기 위한 듀티 제어 값에 대한 것이나, (-) 방향으로 동작하는 모터속도 값과 달리 듀티 제어 값은 (+) 방향으로 지속 동작함에 따라 모터속도 값과 듀티 제어 값 간에 위상 방향에 있어서 역 상이 발생한다.

도 4는 도 3에 도시된 제어 패턴을 듀티 제어 값의 변경점을 기점으로 변경한 제어 패턴을 일실시 예로 나타내는 도면이다. 도 4에 단지 예로써 도시된 바와 같이, 모터제어장치(100)는 모터속도 값과 듀티 제어 값 간에 위상 방향에 있어서 역 상이 발생하면, 듀티 제어 값과 모터속도 값 간의 위상을 비교하여 상호 역 상을 이루는 시점을 듀티 제어 값의 변경점(즉, 도 3 및 도 4에 도시된 '가' 지점)으로 설정한다.

그리고, 모터제어장치(100)는 듀티 제어 값의 변경점(즉, 도 3 및 도 4에 도시된 '가' 지점)을 기준점으로 하여 이후의 듀티 제어 값을 모터속도 값의 위상과 동일한 위상으로 변경하고, 변경한 듀티 제어 값을 모터 구동 제어를 위한 제어신호로 생성하여 모터드라이브에 전달한다.

도 5는 본 발명에 의한 모터제어장치(100)의 동작 과정을 일실시 예로 나타내는 도면이다. 도 5에 단지 예로써 도시된 바와 같이, 모터 고장 방지를 위한 듀티 제어 방법은, 모터제어장치(100)에서 모터 구동으로 인해 모터드라이브로부터 홀 센서신호의 패턴변화에 기초한 카운트 신호를 수신한 후 이를 이용해 모터회전 카운트를 실행하고, 실행한 모터회전 카운트 결과와 상응하여 이후 모터 구동 제어를 위한 듀티 제어 값을 생성한다(S1 내지 S5).

이후, 모터제어장치(100)는 생성한 듀티 제어 값과 모터속도 값 간의 위상을 지속 비교함에 따라 듀티 제어 값과 모터속도 값 간의 위상이 역 상을 이루는 시점을 판정한다(S7 내지 S11).

역 상을 이루는 시점이 판정되면, 판정한 해당 시점을 듀티 제어 값의 변경점으로 설정하고 설정한 듀티 제어 값의 변경점 이후에 대한 듀티 제어 값의 위상을 모터속도 값의 위상과 동일한 위상으로 변경한다(S13).

모터제어장치(100)는 S13 단계에서 위상 변경한 듀티 제어 값을 모터의 구동 제어를 위한 제어신호로 생성하여 모터드라이브로 출력한다(S15).

반면에, S9 단계에서 듀티 제어 값과 모터속도 값 간의 위상이 역 상을 형성하지 않은 채 정상적으로 지속되면, 모터제어장치(100)는 상기에서 생성한 듀티 제어 값을 모터드라이브로 출력한다(S17).

이후, 차량 시동 오프 등의 이유로 모터 구동을 종료하게 되면 상기 각 단계들에 대한 로직 수행도 함께 종료된다(S19).

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

또한, 본 발명은 모터 구동을 제어하는 과정에서 모터의 실제 회전속도와 모터를 구동 제어하기 위한 제어 듀티 간에 오차가 발생하는 것을 방지하여 모터 고장 방지를 위한 것임에 따라, 시판 또는 영업의 가능성이 충분할 뿐만 아니라 현실적으로 명백하게 실시할 수 있는 정도이므로 산업상 이용가능성이 있는 발명이다.

100: 모터제어장치

Claims (4)

1. 모터제어장치에서 홀 센서신호의 패턴변화에 기초한 카운트 신호를 이용하여 모터의 회전자 위치에 대한 카운트를 실행한 후 상기 카운트를 실행한 결과와 상응하는 듀티 제어 값을 생성하는 단계;
   상기 듀티 제어 값과 모터속도 값 간의 위상을 비교하는 단계;
   비교 결과에서 역 상으로 전환하면 역 상으로 전환한 시점 이후에 대한 상기 듀티 제어 값을 상기 모터속도 값의 위상과 동일한 위상으로 변경하는 단계; 및
   상기 위상 변경한 듀티 제어 값을 상기 모터의 구동 제어를 위한 제어신호로 생성하여 출력하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 고장 방지를 위한 듀티 제어 방법.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 모터 고장 방지를 위한 듀티 제어 방법은 상기 듀티 제어 값과 상기 모터속도 값을 곱하는 연산실행 결과가 음의 값을 갖는 시점을 상기 역 상으로 전환한 시점인 것으로 판정하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 고장 방지를 위한 듀티 제어 방법.
3. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
   상기 모터는 드라이-듀얼 클러치 변속기(Dry-Dual Clutch Transmission)를 구비한 차량에 장착되는 BLDC(Brushless Direct Current) 모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 고장 방지를 위한 듀티 제어 방법.
4. 제3 항에 있어서,
   상기 모터 고장 방지를 위한 듀티 제어 방법은 미리 정해진 기준 시간 이하로 상기 모터로 동작하는 클러치에 대한 해제를 급격하게 실행하는 경우, 상기 듀티 제어값을 위상 변경된 듀티 제어값으로 설정하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 고장 방지를 위한 듀티 제어 방법.

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