KR101965842B1

KR101965842B1 - 모터 및 모터 제어 방법

Info

Publication number: KR101965842B1
Application number: KR1020180165442A
Authority: KR
Inventors: 이창우
Original assignee: 김규현
Priority date: 2018-12-19
Filing date: 2018-12-19
Publication date: 2019-04-04

Abstract

본 발명은 종래의 신호라인을 그대로 이용하며 아날로그 및 통신 두 가지 제어가 모두 가능한 모터 및 모터의 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 하는 것으로서,
제어부로 모터를 제어하는 방법에 있어서, 입력신호를 수신하는 신호수신 단계; 상기 입력신호를 샘플링하여, 샘플링된 상기 입력신호의 파형에 따라 상기 입력신호의 종류를 판단하는 신호판단 단계; 및 상기 입력신호가 아날로그 신호인 경우 아날로그 모드로 상기 입력신호를 제어신호로 변환하고, 상기 입력신호가 디지털 신호인 경우 디지털 모드로 상기 입력신호를 제어신호로 변환하는 신호변환 단계; 를 포함하고,
모터에 관한 것으로, 상기 제어부는, 입력신호를 수신하는 수신부; 상기 입력신호를 샘플링하여, 상기 입력신호의 파형에 따라 상기 입력신호가 아날로그 신호인지 디지털 신호인지 판단하는 신호 판단부; 및 상기 입력신호가 아날로그 신호인 경우 아날로그 모드로 상기 입력신호를 제어신호로 변환하고, 상기 입력신호가 디지털 신호인 경우 디지털 모드로 상기 입력신호를 제어신호로 변환하는 신호 변환부; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

모터 및 모터 제어 방법{motor and control method of motor}

본 발명은 아날로그 및 디지털 제어가 가능한 모터 및 그 모터의 제어 방법에 관한 것이다.

고가의 BLDC(Brushless DC)모터의 모터제어기의 경우 통신(디지털) 및 다양한 아날로그 제어 입력을 가지고 있다. 그러나 저가 모터의 경우 일반적으로 모터구동용 전압 입력(VS, VM), 그라운드(GND), 모터제어회로 구동용 전압 입력(VCC), 모터속도제어용 전압 입력(VSP), 모터속도 출력(FG) 라인으로 구성된 5개의 신호라인을 사용하여 모터를 제어한다.

이 중 VSP 전압으로 모터를 제어하는 경우, 모터의 속도를 아날로그 전압으로 변환하여 모터를 제어한다. 즉, 제어하자 하는 모터의 속도를 입력신호로 받은 후, 모터의 속도에 비례하는 전압값을 산출하고 이를 제어신호로 하여 모터를 제어한다. 즉, 저가모터의 경우 아날로그 제어만이 가능하다.

그런데 아날로그 제어는 신호를 전달할때마다 오차 및 전압강하가 발생하여 모터를 정확하게 제어할 수 없다는 문제가 있다. 상세히 설명하면, 입력신호에 비례하는 아날로그 전압값을 생성하고, 생성된 아날로그 전압값을 수신하여 대응하는 모터 속도를 출력하는 각 단계에서 오차 및 전압강하가 발생한다. 따라서 입력신호보다 모터가 느리게 제어되므로 FG라인을 이용하여 모터의 실제 출력속도를 피드백할 필요가 있으며, 모터속도를 피드백하더라도 모터를 즉각적으로 정확하게 제어할 수 없는 문제점이 있다.

한편 아날로그제어와 달리 디지털제어의 경우에는 오차나 전압강하의 문제가 발생하지 않아 모터를 정확하게 제어할 수 있다는 장점이 있다. 그러나 디지털제어를 위해 별도의 통신 회로를 구성하는 경우, 종래의 고가 모터제어기 같이 되는 것으로 원가 상승 등의 부담이 있는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 구체적으로는 종래의 신호라인을 그대로 이용하며 아날로그 및 통신 두 가지 제어가 모두 가능한 모터 및 모터의 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

이로써 본 발명은 비용이 저렴하면서 디지털 제어가 가능한 모터 및 그 모터의 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 실시예는 상기와 같은 과제를 해결하고자, 아날로그 및 디지털 제어가 모두 가능한 모터 및 모터의 제어 방법을 제공한다.

본 발명은 제어부로 모터를 제어하는 방법에 있어서, 입력신호를 수신하는 신호수신 단계; 상기 입력신호를 샘플링하여, 샘플링된 상기 입력신호의 파형에 따라 상기 입력신호의 종류를 판단하는 신호판단 단계; 및 상기 입력신호가 아날로그 신호인 경우 아날로그 모드로 상기 입력신호를 제어신호로 변환하고, 상기 입력신호가 디지털 신호인 경우 디지털 모드로 상기 입력신호를 제어신호로 변환하는 신호변환 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 신호판단 단계는, 샘플링된 상기 입력신호의 파형에 엣지가 형성되거나 샘플링된 상기 입력신호에 Low나 high 값만 존재하는 경우, 상기 입력신호는 디지털 신호인 것으로 판단하고, 그렇지 않은 경우, 상기 입력신호는 아날로그 신호인 것으로 판단할 수 있다.

또한 상기 신호변환 단계에서 디지털 모드로 상기 입력신호를 제어신호로 변환하는 경우, 상기 디지털 신호의 프레임의 종료여부를 판단하는 모드전환 판단 단계; 를 더 포함하며, 상기 디지털 신호의 프레임이 종료된 것으로 판단되면 상기 디지털 모드에서 상기 아날로그 모드로 전환되는 것을 특징으로 할 수 있다. 즉, 아날로그 모드를 기본으로 하며, 디지털 모드로 전환되는 경우에도 디지털 신호가 종료된 것으로 판단되면 아날로그 모드에서 대기하는 상태로 전환된다.

나아가 상기 모드전환 판단 단계는, 일정 주기로 변수 RX_TIME을 증가시키는 단계; 상기 디지털 신호가 수신되는 경우, 상기 변수 RX_TIME을 초기화시키는 단계; 및 상기 변수 RX_TIME이 설정된 임의의 값보다 커지는 경우, 상기 디지털 신호의 프레임이 종료된 것으로 판단하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한 상기 신호판단 단계에서 상기 입력신호가 디지털 신호로 판단되는 경우, 상기 입력신호가 일정 값 이상일 때에만 상기 입력신호를 전달하는 디지털 수신부를 활성화하는 단계; 를 더 포함하며, 상기 신호수신 단계는, 상기 디지털 수신부를 통해 상기 입력신호를 수신하는 것을 특징으로 할 수 있다.

더불어 본 발명은 제어부로 출력속도를 제어하는 모터에 관한 것으로, 상기 제어부는, 입력신호를 수신하는 수신부; 상기 입력신호를 샘플링하여, 상기 입력신호의 파형에 따라 상기 입력신호가 아날로그 신호인지 디지털 신호인지 판단하는 신호 판단부; 및 상기 입력신호가 아날로그 신호인 경우 아날로그 모드로 상기 입력신호를 제어신호로 변환하고, 상기 입력신호가 디지털 신호인 경우 디지털 모드로 상기 입력신호를 제어신호로 변환하는 신호 변환부; 를 포함하는 것을 특징으로 한다. 샘플링된 상기 입력신호의 파형에 엣지가 있거나, 샘플링된 값 중 Low, High 값이 존재하는 경우 디지털 신호로 판단한다.

나아가 상기 제어부는, 상기 입력신호가 디지털 신호인 경우, 디지털 신호 프레임이 종료된 것으로 판단되면 상기 디지털 모드를 아날로그 모드로 전환하는 모드전환 판단부; 를 더 포함하는 것을 특징으로 한다. 입력신호가 수신되지 않는 시간이 설정된 임의 시간보다 길어지면, 디지털 신호 프레임이 종료된 것으로 판단하며, 이는 기본 모드인 아날로그 모드로 전환하여 대기상태가 되는 것이다.

또한 상기 모터는, 상기 입력신호가 일정 값 이상인 경우에 상기 제어부에 상기 입력신호를 전달하는 디지털 수신부를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 입력신호가 디지털 신호인 경우, 상기 디지털 수신부를 통해 상기 입력신호를 수신하는 것을 특징으로 한다. 상기 디지털 수신부는 일정 값 이상의 신호의 경우만 전달하므로, high 또는 low 값만 가지는 디지털 신호의 경우 high 값만 수신되어 전달되므로, 이후에 입력신호를 샘플링하여 디지털 신호 조합으로 변환할 필요가 없다.

이상에서 살펴본 바와 같은 본 발명의 과제해결 수단에 의하면 다음과 같은 사항을 포함하는 다양한 효과를 기대할 수 있다. 다만, 본 발명이 하기와 같은 효과를 모두 발휘해야 성립되는 것은 아니다.

본 발명에 따르면 종래 아날로그 입력신호만 처리하는 경우의 입력신호라인, 출력신호라인을 그대로 이용하여 디지털 입력신호도 처리할 수 있다. 따라서 비용이 거의 증가하지 않으면서, 아날로그 및 디지털 겸용으로 사용할 수 있는 장점이 있다. 나아가, 디지털 입력신호를 받아 모터를 제어할 수 있으므로, 아날로그로 제어하는 경우와 비교할 때 더욱 정확하게 모터를 제어할 수 있다.

또한 모드전환 판단부를 포함하여 디지털 신호 프레임이 종료되는 경우 아날로그 모드로 전환되도록 함으로써, 입력신호의 종류가 변경되는 것에 신속하게 대응할 수 있다.

또한 디지털 수신부를 포함하여, 입력신호가 디지털 신호인 경우, 입력신호를 샘플링하여 디지털 신호 프레임으로 변환하는 과정을 줄일 수 있다.

도 1은 본 발명 일 실시예의 모터 및 모터제어기의 개략적인 블럭도,
도 2는 도 1의 일부 회로도,
도 3은 도 1의 제어부의 상세 블럭도,
도 4는 본 발명의 아날로그 및 디지털 제어 순서도,
도 5는 아날로그 신호 여부를 판단하는 순서도,
도 6은 본 발명 다른 실시예의 모터 및 모터제어기의 개략적인 블럭도,
도 7은 도 6의 일부 회로도이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명 일 실시예의 모터 및 모터제어기의 개략적인 블럭도, 도 2는 도 1의 일부 회로도, 도 3은 도 1의 제어부의 상세 블럭도, 도 4는 본 발명의 아날로그 및 디지털 제어 순서도, 도 5는 아날로그 신호 여부를 판단하는 순서도이다.

이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예는, 모터(50), 모터(50)를 제어하고자 하는 입력신호를 직접 입력받는 입력부(10), 입력신호를 수신하는 수신부(20), 입력신호를 수신부(20)로부터 전달받아 제어신호로 변환하는 제어부(30), 제어부(30)로부터 제어신호를 전달받아 모터(50)의 권선된 코일에 전압 또는 전류를 출력하는 구동부(40)를 포함한다. 제어부(30)는 모터(50)로부터 실제 모터(50)의 회전속도인 모터(50)출력신호를 피드백받아 제어신호를 생성한다.

도 2를 참조하면, 입력부(10)는 일 예로 7핀 커넥터로 형성되어 있으며, 각 단자는 모터(50)구동용 전압 입력(VM), 그라운드(GND), 모터(50)제어회로 구동용 전압 입력(VCC), 모터(50)속도제어용 전압 입력(VSP), 모터(50)속도 출력(FG) 라인에 연결되어 있다.

수신부(20)는, VSP 라인에 연결되어 입력신호를 수신하여 제어부(30)에 전달한다. 수신부(20)와 제어부(30)가 연결되는 지점에는 전압계(ADC)가 설치되어 입력신호의 전압값을 아날로그 값으로 측정할 수 있다. 이 때 전압계(ADC)는 제어부(30)에 포함될 수 있다.

도 3과 도 4를 참조하여 제어부(30)의 구성 및 제어 방법을 설명한다.

제어부(30)는 전압계(ADC)에 의해 계측되는 입력신호를 수신하는 신호 수신부(31), 입력신호가 디지털 신호인지 아날로그 신호인지 판단하는 신호 판단부(32), 입력신호의 종류에 따라 아날로그 신호인 경우 아날로그 모드로, 디지털 신호인 경우 디지털 모드로 입력신호를 제어신호로 변환하는 신호변환부를 포함한다. 나아가, 디지털 모드인 경우, 디지털 신호의 수신 상태에 따라 디지털 신호가 수신되지 않는 것으로 판단되면 아날로그 모드로 전환하는 모드전환 판단부(34)를 포함할 수 있다.

먼저, 신호 수신부(31)에서 수신부(20)로부터 입력신호를 수신한다.(S10, 신호수신 단계)

이후, 신호 판단부(32)는, 신호 수신부(31)에 의해 수신되는 입력신호를 일정 주기로 샘플링하여 입력신호의 크기를 측정하며(S20), 샘플링된 입력신호의 파형이나 값을 이용하여 입력신호의 종류를 판단한다(S30, 신호판단 단계).
입력신호는, 아날로그 신호인 경우 모터속도제어용 전압 입력신호이며, 디지털 신호인 경우 모터제어용 입력신호이다.

신호판단 단계는, 도 5를 참조하면, 샘플링된 입력신호 파형에 엣지가 발생하는지(S31), 샘플링 값에 low 또는 high 값이 존재하는지(S32)로 판단한다. 샘플링 파형에 엣지가 발생하거나 샘플링 값에 low 나 high 값이 존재하는 경우, 디지털 입력신호로 판단하고(S34), 그렇지 않은 경우 아날로그 입력신호로 판단한다(S33). 이는 디지털 신호의 경우 low 또는 high 값만 발생하며, 이로 인해 파형에 엣지가 발생하고, 반대로 아날로그 신호는 리니어한 파형을 나타내며, low 및 high 값 사이에 해당하는 값을 갖게 되는 것을 이용한 것이다.

계속하여 도 4를 참조하면, 신호 변환부(33)는 입력신호의 종류에 따라 해당 모드에서 입력신호를 제어신호로 변환한다(S40, S60, 신호변환 단계). 즉, 아날로그 입력신호로 판단되는 경우 아날로그 모드로 아날로그 제어신호로 변환하고, 디지털 입력신호로 판단되는 경우 디지털 입력신호를 디지털 모드로 디지털 제어신호로 변환한다.

아날로그 모드 및 디지털 모드는 바람직하게는 신호 변환부(33)의 모드로서, 입력신호를 수신하여 제어신호로 변환하는 일반적인 방법에 의해 제어신호를 생성하는 모드를 의미한다. 아날로그 모드는, 입력신호에 비례하는 값으로 제어신호를 생성하며, 디지털 모드는 입력신호에 매칭되는 제어신호를 생성한다.

이후, 구동부(40)는 제어부(30)에 의해 형성된 제어신호에 대응하는 전류를 출력하여 모터(50)를 구동한다.

한편, 입력신호가 디지털 신호로 판단되는 경우, 모드전환 판단부(34)는 디지털 신호의 입력여부를 판단하여 디지털 입력신호가 더이상 입력되지 않는다고 판단되는 경우 제어부(30)를 아날로그 모드로 전환한다.

모드전환 판단 단계(S70)는, 변수 RX_TIME을 이용하여 디지털 신호의 입력여부를 판단한다. 먼저, 입력신호가 디지털 신호로 판단되면, 일정 주기로 변수 RX_TIME을 증가시킨다(S71). 또한 일정 주기마다 디지털 신호의 수신 여부를 체크(S72)하여 디지털 신호가 수신되면 변수 RX_TIME을 초기화한다(S73). 즉, 변수 RX_TIME를 0으로 지정한다. 따라서, 디지털 모드에서 디지털 신호가 수신되는 경우 변수 RX_TIME은 0이며, 디지털 신호가 수신되지 않는 경우, 변수 RX_TIME은 0보다 큰 값을 갖는다.

한편, 모드전환 판단부(34)에는 디지털 모드에서 아날로그 모드로 전환하는 기준값 TIME_OUT이 설정되어 있으며, 변수 RX_TIME을 TIME_OUT과 비교(S74)하여 변수 RX_TIME이 TIME_OUT보다 커지는 경우, 디지털 신호 프레임이 종료된 것으로 판단하고, 디지털 입력신호가 입력되지 않은 것으로 판단하여 제어부(30)를 아날로그 모드로 전환한다.

따라서 변수 RX_TIME이 TIME_OUT보다 작은 경우, 디지털 입력신호가 계속하여 입력되는 것으로 보고 변수 RX_TIME의 값을 계속하여 카운트하며, 변수 RX_TIME이 TIME_OUT보다 큰 경우, 디지털 입력신호의 프레임이 종료된 것으로 보고 아날로그 모드로 전환 후 입력신호를 대기한다.

TIME_OUT을 작게 설정하는 경우 디지털 입력신호에서 아날로그 입력신호로 입력신호가 바뀌는 경우에 신속하게 대응할 수 있으며, 모드전환의 신뢰성을 고려할 때 TIME_OUT은 변수 RX_TIME의 주기보다 2 내지 3배 정도로 설정됨이 바람직하다.

이하, 본 발명의 제2실시예의 각 구성을 설명한다. 제2실시예는 제1실시예와 별도의 디지털 수신부(20) 및 디지털 제어부(30)를 포함하는 점에서 차이가 있으며, 동일한 부분에 대하여는 동일한 도면부호를 사용하고, 설명을 생략한다.

도 6은 본 발명 다른 실시예의 모터(50) 및 모터(50)제어기의 개략적인 블럭도, 도 7은 도 6의 일부 회로도이다.

이들 도면을 참조하면, 본 발명의 제2실시예는, 수신부(20)에서 디지털 입력신호만을 선택적으로 수신하는 디지털 수신부(20), 및 상기 제어부(30)에 의해 활성되어 디지털 수신부(20)로부터 디지털 신호를 수신하는 디지털 제어부(30)를 포함한다.

디지털 수신부(20)는 수신부(20)의 단부에 형성되며, 일정 전압 이상의 경우 온(ON)되고, 일정 전압 미만의 경우 오프(OFF)되는 스위치(Q2)를 포함한다. 상기 일정 전압은 디지털 신호의 low 값 이상, 바람직하게는 low 값과 high 값의 중간의 값으로 설정될 수 있다.

디지털 제어부(30)는 디지털 수신부(20)의 수신(RX)라인에 연결되며, 제어부(30)에 의해 입력신호의 종류가 디지털 신호로 판단되는 경우, 제어부(30)의 통신활성 신호에 의해 디지털 수신부(20)를 활성시킨다.

디지털 수신부(20)는 스위치(Q2)에 의해 high 값만을 수신하여 제어부(30)에 전달하게 되므로, 수신되는 입력신호 자체가 디지털 신호 프레임이 된다. 따라서 제1실시예와 비교할 때, 제어부(30)에서 디지털 신호를 샘플링하여 하나의 디지털 신호 프레임으로 변환하는 과정이 생략될 수 있다.

본 명세서에서는 각 실시예를 나누어 설명하였으나, 각 실시예를 조합하여 도출될 수 있는 실시예 역시 본 발명의 권리범위 내에 속하는 것이다.

이상의 설명은 본 발명의 기술사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형 가능한 것으로, 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10 : 입력부 20 : 수신부
30 : 제어부 31 : 신호 수신부
32 : 신호 판단부 33 : 신호 변환부
34 : 모드전환 판단부 40 : 구동부
50 : 모터

Claims

제어부로 모터를 제어하는 방법에 있어서,
아날로그 모터속도제어용 전압 입력신호와 디지털 모터제어용 입력신호 중 어느 하나의 입력신호를 수신하는 신호수신 단계;
상기 입력신호를 샘플링하여, 샘플링된 상기 입력신호의 파형에 따라 상기 입력신호가 아날로그 모터속도제어용 전압 입력신호인지 디지털 모터제어용 입력신호인지 판단하는 신호판단 단계; 및
상기 입력신호가 아날로그 모터속도제어용 전압 입력신호인 경우 아날로그 모드로 상기 입력신호를 제어신호로 변환하고, 상기 입력신호가 디지털 모터제어용 입력신호인 경우 디지털 모드로 상기 입력신호를 제어신호로 변환하는 신호변환 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 제어 방법.
제1항에 있어서,
상기 신호판단 단계는,
샘플링된 상기 입력신호의 파형에 엣지가 형성되거나 샘플링된 상기 입력신호에 Low나 high 값만 존재하는 경우, 상기 입력신호는 디지털 신호인 것으로 판단하고,
그렇지 않은 경우, 상기 입력신호는 아날로그 신호인 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 모터 제어 방법.
제1항에 있어서,
상기 신호변환 단계에서 디지털 모드로 상기 입력신호를 제어신호로 변환하는 경우,
상기 디지털 신호의 프레임의 종료여부를 판단하는 모드전환 판단 단계;
를 더 포함하며,
상기 디지털 신호의 프레임이 종료된 것으로 판단되면 상기 디지털 모드에서 상기 아날로그 모드로 전환되는 것을 특징으로 하는 모터 제어 방법.
제3항에 있어서,
상기 모드전환 판단 단계는,
일정 주기로 변수 RX_TIME을 증가시키는 단계;
상기 디지털 신호가 수신되는 경우, 상기 변수 RX_TIME을 초기화시키는 단계; 및
상기 변수 RX_TIME이 설정된 임의의 값보다 커지는 경우, 상기 디지털 신호의 프레임이 종료된 것으로 판단하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 제어 방법.
제1항에 있어서,
상기 신호판단 단계에서 상기 입력신호가 디지털 신호로 판단되는 경우,
상기 입력신호가 일정 값 이상일 때에만 상기 입력신호를 전달하는 디지털 수신부를 활성화하는 단계;
를 더 포함하며,
상기 신호수신 단계는, 상기 디지털 수신부를 통해 상기 입력신호를 수신하는 것을 특징으로 하는 모터 제어 방법.
제어부로 출력속도를 제어하는 모터에 있어서,
상기 제어부는,
아날로그 모터속도제어용 전압 입력신호와 디지털 모터제어용 입력신호 중 어느 하나의 입력신호를 수신하는 수신부;
상기 입력신호를 샘플링하여, 상기 입력신호의 파형에 따라 상기 입력신호가 아날로그 모터속도제어용 전압 입력신호인지 디지털 모터제어용 입력신호인지 판단하는 신호 판단부; 및
상기 입력신호가 아날로그 모터속도제어용 전압 입력신호인 경우 아날로그 모드로 상기 입력신호를 제어신호로 변환하고, 상기 입력신호가 디지털 모터제어용 입력신호인 경우 디지털 모드로 상기 입력신호를 제어신호로 변환하는 신호 변환부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터.
제6항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 입력신호가 디지털 신호인 경우, 디지털 신호 프레임이 종료된 것으로 판단되면 상기 디지털 모드를 아날로그 모드로 전환하는 모드전환 판단부;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모터.
제6항에 있어서,
상기 모터는,
상기 입력신호가 일정 값 이상인 경우에 상기 제어부에 상기 입력신호를 전달하는 디지털 수신부를 더 포함하고,
상기 제어부는, 상기 입력신호가 디지털 신호인 경우, 상기 디지털 수신부를 통해 상기 입력신호를 수신하는 것을 특징으로 하는 모터.