KR101857815B1

KR101857815B1 - 전기적으로 정류되는 전기 모터의 장애를 검출하는 방법

Info

Publication number: KR101857815B1
Application number: KR1020117029581A
Authority: KR
Inventors: 조르그 하르츠쉬
Original assignee: 엘모스 세미콘두크터르 아크티엔게젤샤프트
Priority date: 2009-05-13
Filing date: 2010-05-12
Publication date: 2018-05-14
Also published as: JP2012527209A; EP3413459A1; US20120112682A1; EP2430743A2; KR101857936B1; WO2010130802A3; KR20170076794A; EP3413459B1; HK1258799A1; US8836269B2; KR20120024750A; BRPI1010597A2; EP2430743B1; WO2010130802A2

Abstract

본 발명은 모터 전류 공급을 분석하여 하나 이상의 모터 권선을 갖는 유니폴라 스테퍼 모터의 장애를 검출하는 방법으로서, - 모터 권선 접속부마다 하나의 제어가능한 스위치에 의해 유니폴라 스테퍼 모터의 동작을 위한 전류 공급 변동에 따른 동작 전류를 하나 이상의 모터 권선에 공급하는 단계로서, 스위치는 각각의 모터 권선 접속부를 제1 공급 전압 접속부에 선택적으로 접속시키고, 공통 전위에 존재하는 각각의 모터 권선의 접속부는 제2 공급 전압 접속부에 영구적으로 접속되는, 단계; - 상기 전류 공급 변동은 모터 권선의 스위칭 사이에 상들을 갖고, 이 상들에서 스위치에 접속된 모터 권선의 모터 권선 접속부는 고임피던스로 스위칭되는 단계; - 적어도 고임피던스 상에 대해서 고임피던스로 스위칭되는 모터 권선 접속부에서 전압을 검출하고, 상기 전압을 공급 전압의 적어도 1.5배, 또는 적어도 1.8배, 특히 적어도 2.0배 및 바람직하게는 적어도 2.5배 또는 적어도 더 큰 정수 또는 비정수배인 역치와 비교하는 단계; - 고임피던스로 스위칭되는 모터 권선 접속부에서의 전압이 역치보다 큰 시간 간격을 검출하는 단계; - 고임피던스로 각각 스위칭되는 복수의 모터 권선 접속부에 대해서 간격의 길이를 비교하는 단계; - 간격의 길이의 비교에 기초하여 장애를 검출하는 단계를 포함한다.

Description

전기적으로 정류되는 전기 모터의 장애를 검출하는 방법{METHOD FOR DETECTING BLOCKAGES OF ELECTRICALLY COMMUTATED ELECTRIC MOTORS}

본 발명은 다양한 수의 권선을 갖는 다양한 유형의 전기적으로 정류되는 전기 모터, 특히, 3-상 스테퍼 모터뿐 아니라 유니폴라 및 바이폴라의 스테퍼 모터의 장애를 검출하는 방법에 관한 것이다.

종래 기술에 따르면, 스테퍼 모터에 의해 구동되는 시스템의 위치를 결정하는 다양한 가능성이 알려져 있다. 예를 들면, 구동된 부품의 위치가 절대-값 위치 센서를 사용하여 직접 검출될 수 있다. 그러나, 대부분의 경우에 센서는 높은 재료 및 비용 지출을 가져오기 때문에, 이 버전은 수용가능하지 않다.

스테퍼 모터의 동작의 일반적인 실시예 및 동작 모드가 예를 들면, S.Held의 "스테퍼 드라이브(Schrittantriebe)"가 "산업, 전기 및 전자(Industrie, Elektrik und Elektronik)", 볼륨 39, 1986, no.6, 페이지 58-60에 설명되어 있다. 이 논문에 따르면, 유니폴라 모터와 바이폴라 모터를 구분하고 있다. 또한, 3-상 스테퍼 모터가 있다. 유니폴라 모터에서 스테퍼 모터의 각 상은 중앙 탭을 갖는 2개의 별개의 권선을 포함하며, 동작을 위해, 오직 하나의 부분 권선이 여기된다. 바이폴라 모터에서 상 권선들(phase winding)은 중앙 탭을 포함하지 않지만, 동작 전류는 상 권선들을 통해서 양방향으로 교대로 흐른다. 전류가 유일한 또는 두 개의 여기 코일에 동시에 공급되는지에 기초하여, 전류 공급은 일 라인 또는 이 라인 전류 공급으로 칭해진다. 이들 유형의 전류 공급의 경우에, 마이크로 스테핑 및 사인곡선/사다리꼴 시뮬레이션 등을 포함하는 PWM 변조가 있거나 없는 풀 스텝 및 하프 스텝 제어를 구분한다.

스테퍼 모터는 이산 스텝, 즉, 각도 증가를 실행하는 특성을 제공하므로, 공간적으로 규정된 시작점으로부터 실행되는 스텝수를 감시, 즉, 전자 카운터에 의해 계수함으로써 위치가 간단히 결정될 수 있다. 이러한 위치 검출을 위해, 다음의 조건이 필수적으로 충족되어야 한다: 한편으로, 실제 시작점(통상적으로 리밋 스톱)이 이동의 시작점으로서 인식되어야 하며, 다른 한편으로, 스테퍼 모터 권선으로의 각 전류 공급에서 스텝이 실제적으로 행해졌는지를 영구적으로 감시하는 것이 필요하다.

이들 2개의 조건은 외부 센서, 예를 들면 한계 스위치 및 코딩 디스크에 의해 검사될 수 있지만, 이것은 복잡하고 비용이 많이 드는 공정이다. 또는, 어떠한 센서에도 관련되지 않은 스텝 검출 방법이 알려져 있어서, 모터 권선으로의 전류 공급 동안 피딩(feeding) 전류 또는 피딩 전압이 분석된다. 여기서, 스텝 검출 외에, 스테퍼 모터의 전기자의 장애, 및 상기 전기자에 동작적으로 접속된 액츄에이터의 움직임을 (기준)리밋 스톱에 대해서 또한 검출할 수 있다(위의 설명 참조).

다상 스테퍼 모터의 센서리스 이동 검출용 방법 및 장치가 예를 들면, DE 40 35 970 A1에 알려져 있다. 여기서, 2개의 상의 전압, 즉, 모터 권선에 공급되는 전압이 마이크로컴퓨터에 의해 평가된다. 장애가 발생하면, 상 전압에 전압 강하가 발생하며, 전압 강하가 기록된다. 이 방법은 고주파 간섭에 민감하지 않은 것으로 알려졌지만, 몇몇 단점을 가진다: 이동 검출이 다상 유니폴라 스테퍼 모터에만 가능하며, 바이폴라 스테퍼 모터에는 가능하지 않다. 또한, 전압 강하는 전류 원이 비교적 고-임피던스 전류 원일 때에만 측정될 수 있으므로, 통상적으로 션트 저항이 사용되어야 한다. 물론, 이것은 상당한 부품 입력 및 또한 저항에서의 열 손실로 인한 바람직하지 않은 에너지 균형에 관련된다.

EP 0 462 050 A1은 스테퍼 모터의 동기의 손실을 검출하는 방법 및 회로를 또한 설명한다. 모터 권선을 통해 흐르는 전류는 션트 저항에서 탭되어 평가된다. 여기서, 상기 서술된 공개에서와 같이, 션트 저항의 사용으로 인해 문제가 발생한다. 또 다른 어려움은 특정 동작 조건하에서, 예를 들면, 종종 차량의 온-보드 전기 시스템에서의 경우와 같이, 전압 변동이 발생할 때, 전류 측정이 비교적 결함이 생기기 쉬우며, 복잡한 결함 클리어런스 및 안정화 측정에 의해서만 보상될 수 있다.

EP 0 402 220 A1 및 EP 0 574 339 A2는 또한 스테퍼 모터 상의 스텝 검출을 위한 방법을 설명하지만, 이 방법들도 상기 서술된 단점을 갖는다.

DE 38 36 240 C2로부터 로터 위치 각도를 추정하는 스트로브 펄스가, 여기되지 않은 권선에 공급되고, 상기 스트로브 펄스는 여기되지 않은 상에 전류 변화를 일으키는 것이 알려져 있다. 전류 상승 또는 강하의 시간을 평가함으로써, 순간 로터 위치가 추론되는 인덕턴스 값이 결정된다.

그러나, 최종 서술된 방법의 애플리케이션은 다상 릴럭턴스 모터에 제한되고 근사 평가만을 제공한다.

최종적으로, DE 196 53 460 C2에서, 모터로의 전류 공급을 분석함으로써 스테퍼 모터에서 센서리스 스텝 검출을 위한 방법이 알려져 있으며, 동작 동안 다양한 모터 권선 접속부가 고 임피던스로 전환되며, 고임피던스로 전환된 모터 권선 접속부에서 응답 신호의 기간이 평가되어 스테퍼 모터가 한 스텝 만큼 움직였는지를 결정한다. 여기서, 제1 모터 권선의 모터 권선 전류 공급의 전류 방향의 반전 뒤에 스위칭이 발생하는 제2 모터 권선에 규정된 전류를 가하고, 제2 모터 권선의 모터 권선 접속부를 고 임피던스로 전환함으로써 짧은 시간 동안 상기 방식을 변경함으로써 전류 공급 방식이 영향을 받는다.

본 발명의 목적은 전기적으로 정류되는 전기 모터의 장애를 검출하는 방법을 제공하는 것이며, 이 방법은 상기 서술된 모든 유형 또는 설계의 전기적으로 정류되는 모터에 적용될 수 있다.

본 발명의 제1 구성에 따르면, 상기 목적은 모터 전류 공급을 분석하여 하나 이상의 모터 권선을 갖는 유니폴라 스테퍼 모터의 장애를 검출하는 방법에 의해 달성되며, 이 방법은,

- 유니폴라 스테퍼 모터의 동작을 위한 전류 공급 변동에 따른 동작 전류를 모터 권선 접속부마다의 하나의 제어가능한 스위치에 의해 하나 이상의 모터 권선에 인가하는 단계로서, 상기 스위치는 각각의 모터 권선 접속부를 제1 공급 전압 접속부에 선택적으로 접속하고, 공통 전위에 존재하는 각각의 모터 권선의 접속부는 제2 공급 전압 접속부에 영구적으로 접속되는, 단계;

- 상기 전류 공급 변동은 모터 권선들의 스위칭 사이에 상들을 갖고, 이 상들에서, 상기 스위치들에 접속된 모터 권선의 모터 권선 접속부들이 고임피던스로 스위칭되는 단계;

- 적어도 고임피던스 상에 대해서 고임피던스로 스위칭되는 모터 권선 접속부에서 전압을 검출하고, 상기 전압을, 공급 전압의 적어도 1.5 배, 또는 적어도 1.8 배, 특히 적어도 2.0 배, 및 바람직하게는 적어도 2.5 배, 또는 적어도 더 큰 정수 또는 비정수 배인 역치와 비교하는 단계;

- 고임피던스로 스위칭되는 모터 권선 접속부에서의 전압이 상기 역치보다 큰 시간 간격을 검출하는 단계;

- 고임피던스로 각각 스위칭되는 복수의 모터 권선 접속부들에 대해서 간격들의 길이를 비교하는 단계; 및

- 상기 간격들의 길이의 비교에 기초하여 장애를 검출하는 단계를 포함한다.

본 발명의 제2 구성에 따르면, 상기 목적은 모터 전류 공급을 분석하여 3-상 스테퍼 모터의 장애를 검출하는 방법에 의해 달성되며, 이 방법은,

- 모터 권선 접속부가 2개의 공급 전압 접속부 중 하나에 교대로 접속되는 모터 권선 접속부 마다의 스위치 하프 브리지 회로에 의해, 3-상 스테퍼 모터의 동작을 위한 전류 공급 변동에 따른 동작 전류를 하나 이상의 모터 권선에 인가하는 단계로서,

- 상기 전류 공급 변동은 모터 권선들의 스위칭 사이에 상들을 갖고, 이 상들에서 상기 모터 권선 접속부는 고임피던스로 스위칭되거나, 또는

- 상기 모터 권선 접속부에서 남아 있는 잔여 전류에서 전류의 제로 크로싱 바로 전에, 특정 기간 동안, 그러나, 적어도 아래에 언급된 시간 간격의 끝까지, 상기 모터 권선 접속부가 고임피던스로 스위칭되도록 상기 전류 공급 변동이 조정되는, 단계;

- 적어도 고임피던스 상에 대해서 고임피던스로 스위칭되는 모터 권선 접속부에서 전압을 검출하여, 전압의 극성에 의존하여, 2개의 공급 전압 접속부 중 하나에서 전압의 크기 근방에 있는 역치와 상기 전압을 비교하는 단계;

- 고임피던스로 스위칭되는 모터 권선 접속부에서의 전압이 역치보다 큰 시간 간격을 검출하는 단계;

본 발명의 제3 구성에 따르면, 상기 목적은 모터 전류 공급을 분석하여 바이폴라 스테퍼 모터의 장애를 검출하는 방법에 의해 달성되며, 이 방법은,

- 모터 권선 접속부가 2개의 공급 전압 접속부 중 하나에 교대로 접속되는, 모터 권선 접속부마다의 스위치 하프 브리지 회로에 의해, 바이폴라 스테퍼 모터의 동작을 위한 전류 공급 변동에 따른 동작 전류를 하나 이상의 모터 권선에 인가하는 단계;

- 스위치에 걸친 전압 강하의 극성을 검출하고, 스위치에서 전류 방향의 반전 표시로서 극성 반전의 시점을 검출하는 단계;

- 모터 정류 제어의 시작 시점과 스위치에 걸친 전압 강하의 극성 반전의 시점 사이의 시간 차이 간격을 결정하는 단계;

본 발명의 제4 구성에 따르면, 상기 목적은 모터 전류 공급을 분석하여 바이폴라 스테퍼 모터의 장애를 검출하는 방법에 의해 달성되며, 이 방법은,

- 모터 권선 접속부가 2개의 공급 전압 접속부중 하나에 교대로 접속되는, 모터 권선 접속부마다의 스위치 하프 브리지 회로에 의해, 바이폴라 스테퍼 모터의 동작을 위한 전류 공급 변동에 따른 동작 전류를 하나 이상의 모터 권선에 인가하는 단계;

- 특정 기간 동안, 그러나, 적어도 아래에 언급된 시간 간격의 끝까지, 더 높은 전위를 갖는 공급 접속부에 접속된 모터 권선 접속부를 고 임피던스로 스위칭하고, 상 반대로 제어되는 모터 권선 접속부를 낮은 전위를 갖는 공급 접속부로부터 더 높은 전위를 갖는 공급 접속부로 스위칭하는 단계;

- 적어도 고 임피던스 상 동안 고임피던스로 스위칭되는 모터 권선 접속부에서 전압을 검출하고, 더 낮은 전위를 갖는 공급 접속부의 전압의 크기 근방에 존재하는 역치와 상기 전압을 비교하는 단계;

본 발명의 특이한 특징은 전류 공급 방식과 신호 검출이 모든 3개의 상기 서술된 스테퍼 모터 유형에 적응된다는 것이다. 이것은 본 발명에 따라서 장애를 검출하는 방법이, DE 196 53 460 C2에 서술되어 있는 것 외에 다른 유형의 전류 공급을 포함하는 유니폴라 스테퍼 모터, 3-상 스테퍼 모터 및 바이폴라 스테퍼 모터에 또한 적용되는 것을 허용한다. 또한, 본 발명에 따른 방법은, 그 중에서도 토크 적용의 사용(예를 들면, 공급 전압에 의거해서) 또는 마이크로 스테핑 방법을 허용하도록 PWM 전류 전원을 갖는 모든 모터 유형에 적용될 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징과 그 장점은 다음과 같이 요약될 수 있다:

- 시장에서 이용가능한 다른 솔루션과 대조적으로, 이 개념은 디지털(즉, "축소되는") 방식으로 주로 구현되기 때문에 IC 위에 공간-절약 방법으로, 전류에 대해서 구현될 수 있다.

- 이것은 ADC나 컨트롤러를 필요로 하지 않지만, 이들 부품이 IC 또는 시스템에서 사용가능하면, 사용될 수 있다.

- 이산 로직 대신에 소프트웨어를 통해서 평가는 전체적으로 또는 부분적으로 행해질 수 있다.

- 시장에서 이용가능한 다른 솔루션과 대조적으로 본 발명에 따른 개념은 주변과 모터 파라미터에 대해서 매우 관용적이다.

- 시장에서 이용가능한 다른 솔루션과 대조적으로 본 발명에 따른 개념은 상당히 매우 신뢰성 있는 특징들을 제공한다.

또한, 본 발명의 다양한 실시예에 따르면, 아래에 서술되는 하나 또는 복수의 특징들이 제공되며, 즉,

a) 모터 유형

a.1) - x-상, 특히 2-상 유니폴라 스테퍼 모터의 구현이 다음과 같이 행해진다.

- 일반 모드 = 네가티브 공급

- 일반 모드 = 포저티브 공급

- 네가티브 공급에 대한 코일 쌍 및 포저티브 공급에 대한 다른 코일 쌍의 일반 노드

(그래서, 유니폴라 모드 및 바이폴라 모드에 대해서 동일한 제어 회로가 사용될 수 있으며, 이 유형의 제어가 모든 전류 공급 유형에서 장애를 검출하지 않고 실행될 수 있다)

- PWM 유무 1-라인 블록 전류 공급

- PWM 유무 2-라인 블록 전류 공급

- PWM 유무 하프 스텝 처리

- PWM 유 마이크로 스테핑(사인곡선, 사다리꼴, 다른 파형)

- PWM 유 마이크로 스테핑(토크 및/또는 속도 제어를 가짐)

a.2) - x-상, 특히, 3-상 모터의 구현이 행해진다.

- 스타 회로

- 델타 회로(가상 스타 포인트 유무)

- 모든 전류 공급 유형:

- 정류 차단

- PWM 유 마이크로 스테핑(사인 곡선, 사다리꼴, 다른 파형)

- PWM 유 마이크로 스테핑(특히, 공간벡터 변조에 대해서)

- 변조 유형에 의존하지 않는 속도 제어 및/또는 토크를 갖는 PWM 유 마이크로 스테핑(상기 참조)

b) 기준 생성

b.1) - 공급(포저티브, 네가티브, GND) 또는 다른 기준 전압이 비교기 기준 전위 또는 기준 전위를 생성하는 기본으로서 동작한다

- 선택적으로 측정 및 기준 전위가 분할된다

b.2) - 선택적으로 전압 강하의 검출이 용량 결합에 의해 드라이버를 통해 실행되고; 및

- 선택적으로 용량 전압 분할이 실행되고;

b.3) - 기준 전위는 공급 전위의 x배에 대응하고;

b.4) 특히 x가 필수적으로 2로 선택되는 방식으로;

b.5) 특히, 포저티브 또는 네가티브 오프셋이 기본 기준에 추가되는 방식으로;

b.6) - 기준 생성이 주변 파라미터(동작 전압, 온도, 모터 상황 등)에 의존해서 동작 동안 다이나믹하게 전환되도록 조정된다.

c) 사전증폭

c.1) - 선택적으로 신호가 사전증폭된다(통상적으로 아날로그적으로);

c.2) - 사전증폭이 아날로그 기술로 설계되거나, 또는

- 사전증폭이 SC 기술로 설계된다;

d) 비교기

d.1) - 비교기는 아날로그 기술로 설계되거나, 또는

d.2) - 비교기는 SC 기술로 설계되고;

d.3) - 사전증폭과 비교기는 공통 SC 기술로 구현되고;

d.4) - 비교기는 기본 부하에 대해서 단일 트랜지스터에 의해 생성되고, ESD로부터 부품을 보호할 목적으로, 특히 이 목적을 위해 변경된 현존 구조를 활용하여, 트랜지스터 스레시홀드 전압에 의해 전압 에러가 수용되고;

d.5) - d.4)에 따르지만 전압 에러에 대한 보상회로를 가진다.

e) 클램핑 구조

e.1) - 기준에 도달하면 측정 신호는 이 스레시홀드에서 클램프되고;

e.2) - 기준에 도달하면 측정 신호는 클램핑되지 않고;

e.3) - 클램핑 함수의 유형이 동작 동안 다이나믹하게 전환되도록 조정되고;

e.4) - 전압 제한(클램핑)이 하나 또는 복수의 다이오드 및/또는 반도체에 의해 구현되고;

e.5) - 38) 하에서 상기 서술된 부품을 사용하여 우선 전압 검출이 행해지도록 전압 제한이 구현되며, 그 결과, 전류 부하의 대부분을 차지하는 전원 드라이버를 구동시키고;

e.6) - 클램핑 목적으로 설계된 전원 드라이버가 모터 제어를 위해 설치된 드라이버이고;

e.7) - 전원 드라이버는 이 목적을 위해 특히 구현되고;

e.8) - 전원 드라이버는 어셈블리를 보호하기 위해 설치된 부품이고(예를 들면, ESD 보호 트랜지스터);

e.9) - 이들 부품을 통한 전류 흐름이 감시되고;

e.10) - 이들 부품 중 하나에서의 전류 흐름 만이 감시되고;

e.11) - 하나 또는 복수의 부품에서 감시하는 전압에 대해서 추가적인 부하(전류원 또는 저항)가 이들 부품에 연결되고, 이 부하는 비활성 경우에(전압 제한이 활성화되지 않은) 규정된 신호 레벨을 확실하게 한다.

f) 시간 카운터를 갖는 변동(어셈블리 : 시간 카운터)

f.1) - 비교기 신호의 길이가 시간 카운터에 의해 결정되고;

f.2) - 카운터는 로직 게이트로 설계되고;

f.3) - TMU(time measurement unit)가 계수를 위해 사용되고;

f.4) - 컨트롤러/프로세서가 시간 계수를 직접 행하고;

f.5) - 카운터는 대수적으로 동작하고, 즉, 증가한 계수 시간을 갖고 더 느리게 계수하고(카운터 크기를 현저하게 감소시키고, 후속의 평가를 단순화한다);

f.6) - 대수화가 러프 스텝으로 행해져서(애플리케이션에 적응), 가능한 한 싸게 제조 비용을 유지하기 위해 제어된 방식으로 에러를 가질 수 있다.

g) 시간 카운터를 갖는 변동(어셈블리 : 평가 및 필터)

g.1) - 로직은 시간 계수를 평가 및/또는 필터링하고;

g.2) - 컨트롤러/프로세서는 시간 계수를 평가 및/또는 필터링하고;

g.3) - 평가 및/또는 필터링이 소프트웨어를 통해 실행되고;

g.4) - 소트프웨어는 시스템에서 재프로그램될 수 있다(예를 들면, FLASH에 의해).

h) ADC에 의한 직접 변환을 갖는 변동

h.1) - 사전증폭을 가지거나 가지지 않고 ADC에 의해 비교기없이 전압이 디지털화되고;

h.2) - ADC는 로직을 통해 평가되고;

h.3) - ADC는 컨트롤러 또는 프로세서에 의해 평가되고;

h.4) - 평가는 소프트웨어를 통해 실행되고;

h.5) - 소프트웨어는 재프로그램될 수 있어서(예를 들면, FLASH에 의해) 다양한 모터 유형에 적용가능하다.

i) 모터 부하의 결정

i.1) - 모터의 장애를 분석할 뿐 아니라 현재의 모터 부하 38를 또한 결정하기 위해서, 도시한 것같이 결정된 전류 공급 상의 시간이 사용될 수 없고,

- 감소시키기 위해(전류 소비, 간섭, 온도) 또는 증가시키기 위해(스텝 손실 및/또는 장애를 방지하기 위해) PM 영향에 의해 필요한 정도까지 모터의 전류 공급을 조정하기 위해 부하의 지식이 사용되며

i.2) - 모터가 가속화(accelerate)되고 정지(brake)될 때 최대 토크 및 최대 원동력에 도달하기 위해 부하의 지식이 사용된다.

i.3) - 목적에 맞게 모터의 토크를 감소시키기 위해 그리고 특정 동작 상황에서 필요에 따라서 부하의 지식이 사용된다.

i.4) - 공급 전압에 모터의 토크가 종속되는 것을 보상하기 위해 부하의 지식이 사용된다.

i.5) - 온도에 모터의 토크가 종속되는 것을 보상하기 위해 부하의 지식이 사용된다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 미리 정해질 수 있는 차이보다 많이 시간 간격들의 길이의 교류 변동이, 가능한 장애의 제1 표시로서 고려되어야 하는 것이 제공된다.

본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에서, 간섭의 영향을 억제하기 위해 시간 간격의 길이의 평가의 결과가 필터링되는 것이 제공된다.

본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에서, 장애가 검출되는 시점에서 스테퍼 모터 및/또는 그 전기자의 현재의 회전 위치가 결정되고, 및/또는 장애가 검출될 때 노이즈의 발생을 감소시키고 및/또는 스테퍼 모터, 상기 모터에 동작적으로 접속되는 기어 박스 및/또는 다른 부품의 기계적인 하중을 최소화시키기 위해 스테퍼 모터의 전류 공급이 중지된다.

본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에서,

모터 권선의 전류 공급으로부터 반대전류 모터 권선의 전류 공급으로의 전이가 동시에 행해지지 않지만, 미리 정해질 수 있는 시각에서, 특히 제로 크로싱에 관련된 미리 정해질 수 있는 시각에서 PWM 사인곡선/사다리꼴 등의 정류의 경우에, 특히, 남아 있는 잔여 전류에서 제로 크로싱 전의 특정 시간에, 전류 공급 변동을 특징짓는 파형으로부터 벗어나는 파형이 인터럽트되고, 모터 권선 접속부는 고 임피던스로 전환되는(도 5와 유사) 것이 제공된다.

본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에서, 응답 신호를 검출하기 위해 피크 검출기는 응답 신호의 피크를 결정하고, 응답 신호의 끝을 결정하기 위한 비교가, 피크 검출기의 피크 전압에 의존하고 특히, 상기 전압에 대한 특정 분할 비를 나타내는 역치를 사용하여 행해지는 것이 제공된다.

본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에서, 역치에 도달했을 때의 응답 신호의 검출시, 응답 신호가 클램프되어 되공급되는 전류가, 온-상태에서 스위치를 전환시키는(도 3, "클램핑 유무" 참조) 공급 전압에 대해서 방전되는 것이 제공된다.

본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에서,

응답 신호의 검출을 위해 역치, 및 특히, 유니폴라 스테퍼 모터의 경우에, 동작 동안의 클램핑 특성이, 필요하다면, 파라미터(예를 들면, 동작 전압, 온도 및 모터 상황 등)에 의존해서 동적으로 변하게 조정되도록 연결되는 것이 제공된다.

본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에서, 비용 절감 구현의 목적을 위해 대수의 그래서 더 짧은 카운터에 의해 시간 간격들의 기간의 판정이 행해지고, 계산에 의해 곱해지고/나누어지는 것(승산 및 제산) 대신에 비용-절감 가산/감산(플러스/마이너스 계산)을 통해서 후속의 수리 연산이 실행될 수 있는 것이 제공된다.

본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에서, 응답 신호의 검출이 ADC에 의해 실행되고, 응답 신호의 기간의 결정뿐 아니라 역치 생성, 및 필터 기능뿐 아니라 차이 생성의 작업이 로직을 통해 및/또는 소프트웨이를 통한 컨트롤러의 도움으로 전체적으로 또는 부분적으로 실행될 수 있는 것이 제공된다.

본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에서,

- 편향이 처음으로 생겼을 때, 순간적인 위치 값(스텝 및 각도 등으로서)이 버퍼링되고(도 4),

- 장애 또는 또 다른 부하 조건의 후의 검출 동안, 필터의 응답 지연에 의해 생긴 위치 에러를 최소화하기 위해 또는 보상하기 위해 이 버퍼링된 값이 사용되고(도 4),

- 장애 또는 또 다른 부하 조건의 후의 검출 동안, 선택적으로 고정된 또는 가변적인 보정치가 버퍼링된 순간적인 위치 값에 가산되거나 또는 상기 값으로부터 감산되어 처리의 남아 있는 잔여 에러를 최소화하고, 및

- 장애의 후의 비검출 동안 버퍼링된 값이 폐기되는 것이 제공된다.

본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에서, 시간 간격의 기간의 측정은, 동작 조건에 의존하여, 고 임피던스로의 전환의 시작시 또는 시간 간격의 시작의 검출시에 시작하는 것이 제공된다.

본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에서,

3-상 스테퍼 모터에 적용가능하고,

- 권선 접속부의 고 임피던스로의 전환의 생략;

- 스위치에 걸친 전압 강하의 극성의 감시(도 7과 유사) 및 극성 반전의 시점의 결정;

- 모터 정류 시점과 극성 반전의 시점 사이의 시간 차를 결정함으로써 상이한 시간 간격의 기간의 결정; 및

- 상기 청구항들에 서술되어 있는 평가를 포함하는 것이 제공된다.

여기서 도면을 참조하고 몇몇 실시예들에 기초하여 본 발명을 구체적으로 설명한다.

도 1 ~ 3은 예를 들면 유니폴라 스테퍼 모터를 사용하여 장애를 검출하는 방법을 설명하기 위한 신호 파형과 개략적인 설명을 나타낸다.
도 4는 장애가 모터 유형에 상관없이 검출될 수 있는 것에 기초한 (응답) 신호 파형을 개략적으로 도시한다.
도 5 및 6은 3-상 스테퍼 모터의 장애를 검출하는 방법을 설명하기 위한 신호 파형과 개략적인 설명을 나타낸다.
도 7은 바이폴라 스테퍼 모터의 장애를 검출하는 방법을 설명하기 위한 신호 파형과 개략적인 설명을 나타낸다.

유니폴라 모터의 장애를 검출하기 위해, 본 발명에 따라서 정류 단계 동안 권선 전류가 감시된다. 도 1 및 2는 전류 정류의 2 시간 세그먼트에서 조건을 나타낸다.

도 1은 유니폴라 모터의 권선 쌍(여기서 센터 탭을 포함하는 예)의 로우측 스위치가 권선을 통해 하나의 공급 전압 접속부1(여기서는 VBAT로 예시)로부터 다른 공급 전압 접속부2(여기서는 GND로 예시)로 전류를 구동시키는 것을 나타낸다.

공급 전압 접속부2(여기서는 GND로 예시)에 대해서 권선 접속부를 스위칭하는 스위치 및/또는 트랜지스터가 스위칭 오프될 때, 처리중 평가 단계가 제2 시간 세그먼트에서 시작한다(도 2 참조).

이 단계에서 권선 전류는 모터 권선의 인덕턴스로 인해서 처음에 일정하게 남아 있다. 그 결과, 권선 접속부에서의 전압(여기서 OUT)은 공급 전압 접속부1(여기서는 VBAT로 예시)의 전위로 점프할 뿐아니라 상기 전위 위로 점프한다. 권선 접속부에서의 전압(여기서 OUT)의 최종 값은, 권선을 통하여 흐르는 전류의 양과 모터의 회전 움직임에 의존하지만, 시스템의 다른 조건, 예를 들면, 선택적인 제너 다이오드로 인한 클램핑 조건에 의해 추가적으로 제한된다. 그러나, 통상적으로, 오버슈트(overshoot)는 공급 전압 접속부1(여기서는 VBAT로 예시)과 다른 공급 전압 접속부2(여기서는 GND로 예시) 사이의 적어도 전압 차이의 크기에 도달한다.

제2 시간 세그먼트가 도달했을 때 인덕터 및/또는 모터 권선에 걸친 전압 강하는 반대 사인을 사용하기 때문에, 권선 전류는 감소하기 시작한다. 도 3 및 도 4는 정류 처리 동안의 단순화된 시간 다이어그램(전압과 전류 곡선)을 도시한다.

권선 전류가 소멸되면(0 암페어) 즉시, OUT에서의 전압은 공급 전압 접속부1(여기서는 VBAT로 예시)의 방향이 되기 쉽다.

이 상태는 OUT에서의 전압을 관찰하여 OUT에서의 전압이 기준 전압(일반적으로 공급 전압 접속부 1에서의 전압의 2배)과 동등 또는 적어도 동등한 기간을 결정함으로써 검출된다.

역치의 정확도는 비교적 중요하지 않다. 그러나, 모터의 발전기 영향으로 인한 개방 권선 접속부의 피드백 전압이 그 값 아래에 있기 때문에, 역치는 VBAT의 2배 및/또는 공급 접속부1에서의 전압의 2배의 너무 아래에 있으면 안된다.

역치가 이 범위에 있으면 발전기 효과는 I=0 A의 검출을 겹쳐놓으므로, 처리는 비교적 신뢰할 수 없다. 피드백의 기간이 평가 유닛에 전달된다. 장애의 검출을 허용하기 위해, 평가 유닛은 이들 기간의 변화를 평가해야 한다.

프리 러닝(free running) 모터(즉, 차단되지 않은 모터)는 OUT에서의 전압이 기준 전압(일반적으로 공급 전압 접속부 1에서의 전압의 2배)과 동등하거나 또는 적어도 동등한 시간 수명 동안 비교적 일정한 값을 발생한다. 모터가 차단되면 즉시, 모터 권선이 차단 조건에 의해 영향을 받기 때문에, 기간의 시퀀스는 현저한 변화를 나타낸다(도 4 참조).

역치, 연속적인 측정 및 평가는, 마이크로컨트롤러 및 소프트웨어를 포함하여, 디지털 기술 및 비교기를 사용하여 구현될 수 있지만, ADC와의 권선 접속부의 전압을 검출할 수 있고, 디지털 기술 및/또는 마이크로컨트롤러와 소프트웨어를 사용하여 역치, 연속적인 측정과 평가를 구현할 수 있다.

도 5 및 6은, 청구항 2의 요지로서의 본 발명에 따른 방법이 3-상 스테퍼 모터에 적용될 때의 신호 파형의 개략적인 표현을 나타낸다. 또한, 도 6은 청구항 4에 기재된 요지에 관한 것이다.

결국, 도 7에 나타낸 신호 파형은, 청구항 3 및 청구항 16에 따른 바이폴라 스테퍼 모터에 본 발명에 따른 방법을 적용한 것을 도시한다.

Claims

삭제
모터 전류 공급을 분석하여 3-상 스테퍼 모터의 장애를 검출하는 방법으로서,
- 모터 권선 접속부가 2개의 공급 전압 접속부 중 하나에 교대로 접속되는 모터 권선 접속부 마다의 스위치 하프 브리지 회로에 의해, 3-상 스테퍼 모터의 동작을 위한 전류 공급 변동에 따른 동작 전류를 하나 이상의 모터 권선에 인가하는 단계로서,
- 상기 전류 공급 변동은 모터 권선들의 스위칭 사이에 상들을 갖고, 이 상들에서 상기 모터 권선 접속부는 고임피던스로 스위칭되거나, 또는
- 상기 모터 권선 접속부에서 남아 있는 잔여 전류에서 전류의 제로 크로싱 바로 전에, 특정 기간 동안, 그러나, 적어도 아래에 언급된 시간 간격의 끝까지, 상기 모터 권선 접속부가 고임피던스로 스위칭되도록 상기 전류 공급 변동이 조정되는, 단계;
- 적어도 고임피던스 상에 대해서 고임피던스로 스위칭되는 모터 권선 접속부에서 전압을 검출하여, 전압의 극성에 의존하여, 2개의 공급 전압 접속부 중 하나에서 전압의 크기 근방에 있는 역치와 상기 전압을 비교하는 단계;
- 고임피던스로 스위칭되는 모터 권선 접속부에서의 전압이 역치보다 큰 시간 간격을 검출하는 단계;
- 고임피던스로 각각 스위칭되는 복수의 모터 권선 접속부들에 대해서 상기 간격들의 길이를 비교하는 단계; 및
- 상기 간격들의 길이의 비교에 기초하여 장애를 검출하는 단계를 포함하는, 스테퍼 모터의 장애를 검출하는 방법.
삭제
모터 전류 공급을 분석하여 바이폴라 스테퍼 모터의 장애를 검출하는 방법으로서,
- 모터 권선 접속부가 2개의 공급 전압 접속부중 하나에 교대로 접속되는, 모터 권선 접속부마다의 스위치 하프 브리지 회로에 의해, 바이폴라 스테퍼 모터의 동작을 위한 전류 공급 변동에 따른 동작 전류를 하나 이상의 모터 권선에 인가하는 단계;
- 특정 기간 동안, 그러나, 적어도 아래에 언급된 시간 간격의 끝까지, 더 높은 전위를 갖는 공급 접속부에 접속된 모터 권선 접속부를 고 임피던스로 스위칭하고, 상 반대로 제어되는 모터 권선 접속부를 낮은 전위를 갖는 공급 접속부로부터 더 높은 전위를 갖는 공급 접속부로 스위칭하는 단계;
- 적어도 고 임피던스 상 동안 고임피던스로 스위칭되는 모터 권선 접속부에서 전압을 검출하고, 더 낮은 전위를 갖는 공급 접속부의 전압의 크기 근방에 존재하는 역치와 상기 전압을 비교하는 단계;
- 고임피던스로 스위칭되는 모터 권선 접속부에서의 전압이 역치보다 큰 시간 간격을 검출하는 단계;
- 고임피던스로 각각 스위칭되는 복수의 모터 권선 접속부들에 대해서 상기 간격들의 길이를 비교하는 단계; 및
- 상기 간격들의 길이의 비교에 기초하여 장애를 검출하는 단계를 포함하는, 스테퍼 모터의 장애를 검출하는 방법.
청구항 2 또는 청구항 4에 있어서,
상기 언급된 모든 스테퍼 모터 유형들에 적용가능하고, 미리 정해질 수 있는 차이보다 많이 시간 간격들의 길이의 교대 변동의 경우에, 가능한 장애의 (제1)표시가 검출되는 것을 특징으로 하는, 스테퍼 모터의 장애를 검출하는 방법.
청구항 2 또는 청구항 4에 있어서,
모든 스테퍼 모터 유형들에 적용가능하고, 간섭의 영향을 억제하기 위해 시간 간격들의 길이의 평가의 결과가 필터링되는 것을 특징으로 하는, 스테퍼 모터의 장애를 검출하는 방법.
청구항 2 또는 청구항 4에 있어서,
상기 서술된 모든 스테퍼 모터 유형들에 적용가능하고, 장애가 검출되는 시점에서 스테퍼 모터 및 그 전기자의 현재의 회전 위치가 결정되는, 스테퍼 모터의 장애를 검출하는 방법.
청구항 2 또는 청구항 4에 있어서,
상기 서술된 모든 스테퍼 모터 유형들에 적용가능하고,
모터 권선의 전류 공급으로부터 반대전류 모터 권선의 전류 공급으로의 전이가 동시에 행해지지 않지만, 미리 정해질 수 있는 시각에서, 전류 공급 변동을 특징짓는 파형으로부터 벗어나는 파형이 인터럽트되고, 모터 권선 접속부는 고 임피던스로 전환되는(도 5와 유사) 것을 특징으로 하는 스테퍼 모터의 장애를 검출하는 방법.
청구항 2 또는 청구항 4에 있어서,
상기 서술된 모든 스테퍼 모터 유형들에 적용가능하고,
응답 신호를 검출하기 위해 피크 검출기는 응답 신호의 피크를 결정하고, 응답 신호의 끝을 결정하기 위한 비교가, 피크 검출기의 피크 전압에 의존하는 것을 특징으로 하는 스테퍼 모터의 장애를 검출하는 방법.
청구항 2 또는 청구항 4에 있어서,
스테퍼 모터, 상기 모터에 동작적으로 접속되는 기어 박스 및 다른 부품 중 적어도 하나의 노이즈의 발생을 감소시키거나 기계적 과부하를 최소화시키기 위해, 장애가 검출될 때 스테퍼 모터의 전류 공급이 중지되는 것을 특징으로 하는, 스테퍼 모터의 장애를 검출하는 방법.
청구항 2 또는 청구항 4에 있어서,
상기 서술된 모든 스테퍼 모터 유형들에 적용가능하고,
응답 신호의 검출을 위해 역치, 및 동작 동안의 클램핑 특성이, 파라미터에 의존해서 동적으로 변하게 조정되도록 연결되는 것을 특징으로 하는 스테퍼 모터의 장애를 검출하는 방법.
청구항 2 또는 청구항 4에 있어서,
상기 서술된 모든 스테퍼 모터 유형들에 적용가능하고,
비용 절감 구현의 목적을 위해 더 짧은 카운터에 의해 대수(logarithmic)로써 시간 간격들의 기간의 판정이 행해지고, 계산에 의해 곱해지고/나누어지는 것(승산 및 제산) 대신에 비용-절감 가산/감산(플러스/마이너스 계산)을 통해서 후속의 수리 연산이 실행될 수 있는 것을 특징으로 하는 스테퍼 모터의 장애를 검출하는 방법.
청구항 2 또는 청구항 4에 있어서,
상기 서술된 모든 스테퍼 모터 유형들에 적용가능하고,
응답 신호의 검출이 ADC에 의해 실행되고, 응답 신호의 기간의 결정뿐 아니라 역치 생성, 및 필터 기능뿐 아니라 차이 생성의 작업이 로직을 통해 및/또는 소프트웨어를 통한 컨트롤러의 도움으로 전체적으로 또는 부분적으로 실행될 수 있는 것을 특징으로 하는 스테퍼 모터의 장애를 검출하는 방법.
청구항 2 또는 청구항 4에 있어서,
상기 서술된 모든 스테퍼 모터 유형들에 적용가능하고,
- 편향이 처음으로 생겼을 때, 순간적인 위치 값(스텝 및 각도 등으로서)이 버퍼링되고(도 4),
- 장애 또는 또 다른 부하 조건의 후검출(later detection) 동안, 필터의 응답 지연에 의해 생긴 위치 에러를 최소화하기 위해 또는 보상하기 위해 이 버퍼링된 값이 사용되고(도 4),
- 장애 또는 또 다른 부하 조건의 후검출 동안, 선택적으로 고정된 또는 가변적인 보정치가 버퍼링된 순간적인 위치 값에 가산되거나 또는 상기 값으로부터 감산되어 처리의 남아 있는 잔여 에러를 최소화하고, 및
- 장애의 후의 비검출 동안 버퍼링된 값이 폐기되는 것을 특징으로 하는 스테퍼 모터의 장애를 검출하는 방법.
청구항 2 또는 청구항 4에 있어서,
상기 서술된 모든 스테퍼 모터 유형들에 적용가능하고,
시간 간격의 기간의 측정은, 동작 조건에 의존하여, 고 임피던스로의 전환의 시작시 또는 시간 간격의 시작의 검출시에 시작하는 것을 특징으로 하는 스테퍼 모터의 장애를 검출하는 방법.
청구항 2에 있어서,
3-상 스테퍼 모터에 적용가능하고,
- 권선 접속부의 고 임피던스로의 전환의 생략;
- 스위치에 걸친 전압 강하의 극성의 감시(도 7과 유사) 및 극성 반전의 시점의 결정;
- 모터 정류와 극성 반전의 시점 사이의 시간 차를 결정함으로써 상이한 시간 간격의 기간의 결정; 및
- 상기 청구항들에 서술되어 있는 평가를 포함하는 것을 특징으로 하는 스테퍼 모터의 장애를 검출하는 방법.
스테퍼 모터 및/또는 상기 스테퍼 모터가 설치되어 있는 유닛의 초기화 처리를 시간 최적화하기 위한, 청구항 2 또는 청구항 4에 기재된 방법의 애플리케이션으로서,
상기 모터에 동작적으로 접속된 스테퍼 모터 샤프트 또는 액츄에이터를 리밋 스톱 쪽으로 이동시키고, 및/또는 스테퍼 모터 제어에 영향을 주기 위해 검출된 시간 간격을 사용하는 것을 포함하는, 애플리케이션을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 매체.
청구항 8에 있어서,
상기 미리 정해질 수 있는 시각은 PWM 사인곡선/사다리꼴 등의 정류의 경우에 제로 크로싱과 관련되는 것을 특징으로 하는 스테퍼 모터의 장애를 검출하는 방법.
청구항 8에 있어서,
상기 미리 정해질 수 있는 시각은 남아 있는 잔여 전류에서 제로 크로싱 전의 특정 시간인 것을 특징으로 하는 스테퍼 모터의 장애를 검출하는 방법.
청구항 9에 있어서,
상기 응답 신호의 끝을 결정하기 위한 비교는 상기 전압에 대한 특정 분할 비를 나타내는 역치를 사용하여 행해지는 것을 특징으로 하는 스테퍼 모터의 장애를 검출하는 방법.
청구항 11에 있어서,
상기 파라미터는 동작 전압, 온도 및 모터 상황 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 스테퍼 모터의 장애를 검출하는 방법.
청구항 17에 있어서,
상기 스테퍼 모터 제어는 상기 스테퍼 모터의 속도, 토크 중 적어도 하나를 제어하는 것을 특징으로 하는, 애플리케이션을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 매체.