KR102281694B1

KR102281694B1 - 모터의 제어시 무 부하 검출방법

Info

Publication number: KR102281694B1
Application number: KR1020190045492A
Authority: KR
Inventors: 장영섭; 이혁진
Original assignee: 주식회사 코아비스
Priority date: 2019-04-18
Filing date: 2019-04-18
Publication date: 2021-07-27
Also published as: KR20200122603A

Abstract

본 발명은 BLDC 모터의 저출력 구동시, 현재 상태가 무 부하상태인지, 부하상태인지를 검출할 수 있는 모터의 제어시 무 부하 검출방에 관한 것으로, a) 모터의 RPM을 제1기준치에서 상기 제1기준치보다 높은 제2기준치까지 증가시키는 단계, b) 상기 a) 단계에서 RPM을 증가시키는 동안 상기 모터의 전류를 측정하는 단계 및 c) 상기 b) 단계에서 측정한 전류와 무 부하 검출 기준치를 비교하여 상기 모터가 부하상태 또는 무 부하상태에서 구동되는지를 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

모터의 제어시 무 부하 검출방법{No load detection method when controlling motor}

본 발명은 모터의 제어시 무 부하 검출방법에 관한 것이다.

다양한 종류의 모터 중 일예로서, BLDC(Brushless direct current) 모터는 DC 모터에서 브러시와 정류자를 없애고 전자적인 정류기구를 설치한 모터로서, 기존의 DC 모터가 갖는 단점인 마찰과 마모를 방지할 수 있고, 상대적으로 효율이 높아 다양한 분야에 적용되고 있고, 특히 차량에 적용되고 있으며, EWP(Electric Water Pump)는 이러한 BLDC 모터가 적용된 차량의 부품 중 하나이다. 상술한 장점 외에도, BLDC 모터는 역기전력(Back Electromotive Force, BEMF)을 이용하여 별도의 홀 센서 없이도 회전자의 위치를 파악할 수 있어, 모터의 비용을 절감할 수 있고, 홀 센서 및 홀 센서와 연결되는 배선과 같은 구조를 생략할 수 있어, 모터 내부의 구조를 단순화할 수 있다.

BLDC 모터의 제어는 폐루프 제어로 이루어지는데, 구체적으로는 입력전압에 따른 전류를 검출해 현재 BLDC 모터의 상태를 파악하여 입력전압을 변경하는 방식이다.

이러한 방식으로 BLDC 모터를 제어할 경우, BLDC 모터가 최저 출력, 즉 낮은 RPM으로 구동될 때는 낮은 값의 전류가 검출되는데, 이때의 전류는 BLDC 모터가 적용된 부품(예를 들어 EWP(Electric Water Pump))의 무 부하 구동시의 전류와 유사하게 낮아, 측정 오차 또는 리플을 고려하면 BLDC 모터의 제어부가 전류만으로 현재 부품의 상태가 무 부하 구동인지, 부하 구동인지 검출하기 용이하지 않은 문제점이 있는 실정이다.

한국 등록특허공보 제10-1936476호("무브러시 직류 모터의 속도 제어 장치 및 속도 제어 방법", 공고일 2019.01.09.)

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로써, 본 발명에 의한 모터의 제어시 무 부하 검출방법의 목적은 BLDC 모터의 저출력 구동시, 현재 상태가 무 부하상태인지, 부하상태인지를 검출할 수 있는 모터의 제어시 무 부하 검출방법을 제공함에 있다.

상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명에 의한 모터의 제어시 무 부하 검출방법은, a) 모터의 RPM을 제1기준치에서 상기 제1기준치보다 높은 제2기준치까지 증가시키는 단계, b) 상기 a) 단계에서 RPM을 증가시키는 동안 상기 모터의 전류를 측정하는 단계 및 c) 상기 b) 단계에서 측정한 전류와 무 부하 검출 기준치를 비교하여 상기 모터가 부하상태 또는 무 부하상태에서 구동되는지를 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 c) 단계는 상기 b) 단계에서 측정된 전류가 상기 무 부하 검출 기준치보다 클 경우, 상기 모터가 부하상태에서 구동된다고 판단하고, 상기 b) 단계에서 측정된 전류가 상기 무 부하 검출 기준치 이하일 경우, 상기 모터가 무 부하 상태에서 구동된다고 판단하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 c) 단계는 상기 b) 단계에서 측정된 전류가 상기 무 부하 검출 기준치에서 소정 오차범위를 더한 수치 이하일 때, 상기 모터의 구동상태의 판단을 보류하고 상기 모터의 제어부에 상기 제2기준치를 보다 높이도록 신호를 송신하고, 상기 a) 단계, b) 단계 및 c) 단계는 다시 수행되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 a) 단계는 소정 횟수 반복되고, 상기 c) 단계는 상기 a) 단계가 반복될 때마다 상기 b) 단계에서 측정한 전류와 무 부하 검출 기준치를 비교하여 상기 모터가 부하상태 또는 무 부하생태에서 구동되는지를 판단하는 것을 특징으로 하는 모터의 제어시 무 부하 검출방법.

또한, 상기 c) 단계는 상기 a) 단계가 반복된 횟수와, 상기 b) 단계에서 측정된 전류가 상기 무 부하 검출 기준치보다 크게 측정된 횟수가 동일할 경우, 상기 모터가 부하상태에서 구동된다고 판단하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 c) 단계는 상기 a) 단계가 반복되는 동안 상기 b) 단계에서 측정된 전류가 상기 무 부하 검출 기준치 이하일 경우, 상기 모터가 무 부하상태에서 구동된다고 판단하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 c) 단계는 상기 b) 단계에서 측정된 전류가 상기 무 부하 검출 기준치보다 크게 측정되되, 크게 측정된 횟수가 상기 a) 단계가 반복된 횟수보다 적을 경우, 상기 모터의 구동상태의 판단을 보류하고 상기 모터의 제어부에 상기 제2기준치를 보다 높이도록 신호를 송신하고, 상기 a) 단계, b) 단계 및 c) 단계는 다시 수행되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 모터는 센서리스 BLDC 모터인 것을 특징으로 한다.

상기한 바와 같은 본 발명에 의한 모터의 제어시 무 부하 검출방법에 의하면, 상술한 바와 같은 본 발명의 다양한 실시예에 의한 모터의 제어시 무 부하 검출방법은 a) 단계, b) 단계, c) 단계를 통해 현재 모터의 상태가 부하상태인지 또는 무 부하상태인지를 판단할 수 있어, 모터 및 해당 모터가 적용된 부품을 안전하게 사용할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 부하상태 및 무 부하상태의 모터의 출력에 따른 전류의 그래프.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 모터의 제어시 무 부하 검출방법의 순서도.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 의한 모터의 제어시 무 부하 검출방법에서 모터 RPM의 증가에 따른 전류 그래프를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 의한 모터의 제어시 무 부하 검출방법의 순서도.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 의한 모터의 제어시 무 부하 검출방법에서 a) 단계가 반복 수행될 때 나타날 수 있는 전류의 그래프.

본 발명의 다양한 실시예에 의한 모터의 제어시 무 부하 검출방법을 설명하기에 앞서, 부하상태 또는 무 부하상태에 따라 모터의 출력에 따른 전류가 어떻게 변하는지에 대해서 설명한다.

도 1은 부하상태 및 무 부하상태의 모터의 출력에 따른 전류의 그래프를 도시한 것이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 부하상태일 경우 모터의 출력인 RPM이 상승함에 따라 모터의 전류 또한 지속적으로 상승하며, 전류는 무 부하 검출 기준치(Std.) 이상으로 검출된다. 그러나 무 부하상태일 경우, 모터의 출력인 RPM이 상승하더라도 모터의 전류가 무 부하 검출 기준치(Std.) 이하가 되어, 모터에서 검출되는 전류의 크기에 따라 모터가 현재 부하상태에서 구동되는지, 무 부하상태에서 구동되는지를 확인할 수 있다.

단, 모터의 RPM이 도 1에 도시된 최저 RPM(min.RPM)에서 특정 RPM(Std.RPM) 사이일 경우, 모터의 구동상태가 무 부하상태 또는 부하상태인 것에 관계없이, 검출되는 전류가 무 부하 검출 기준치(Std.)의 이하이므로, 현재 모터가 부하상태에서 동작하는지 무 부하상태에서 동작하는지 구분하기 어려운 문제점이 있으며, 무 부하상태에서 모터의 RPM을 과도하게 상승시킬 경우, 모터가 파손될 수 있는 문제점이 있으므로, 이하 설명할 본 발명의 다양한 실시예에 의한 모터의 제어시 무 부하 검출방법은 이러한 문제점을 해결하고자 안출되었다.

[제1실시예]

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 제1실시예에 의한 모터의 제어시 무 부하 검출방법에 관하여 상세히 설명한다.

이하 설명할 본 발명의 제1실시예에 의한 모터의 제어시 무부하 검출방법에서 모터는 배경기술에서 설명한 역기전력의 파형을 이용해 별도의 센서 없이도 회전자의 위치를 검출할 수 있는 센서리스 BLDC 모터일 수 있다.

본 발명의 제1실시예에 의한 모터의 제어시 무 부하 검출방법은 a) 단계, b) 단계 및 c) 단계를 포함할 수 있다.

도 2는 본 발명의 제1실시예에 의한 모터의 제어시 무 부하 검출방법의 순서도를 도시한 것이고, 도 3은 본 발명의 제1실시예에 의한 모터의 제어시 무 부하 검출방법에서 모터 RPM의 증가에 따른 전류 그래프를 도시한 것이다.

도 2 및 도 3을 참조하여 본 발명의 제1실시예에 의한 모터의 제어시 무 부하 검출방법을 설명한다.

도 2에 도시된 바와 같이, a) 단계는 모터의 RPM을 제1기준치에서 제2기준치까지 증가시킨다. 도 3에는 a) 단계에서 증가시키는 모터의 RPM인 제1기준치(#1.RPM)와 제2기준치(#2.RPM)가 도시되어 있으며, 도 3에 도시된 바와 같이 제2기준치(#2.RPM)가 제1기준치(#1.RPM)보다 크다. 제2기준치(#.2RPM)는 모터의 부하상태와 무 부하상태를 충분히 구별할 수 있을 정도의 RPM으로 설정될 수 있으며, 제2기준치 자체는 차후에 변경가능하다.

도 2에 도시된 바와 같이, b) 단계는 a) 단계에서 모터의 RPM을 제1기준치(#1.RPM)에서 제2기준치(#2.RPM)로 올리는 동안, 모터의 전류(도 3의 그래프에서 세로축 방향)를 측정한다.

c) 단계는 b) 단계에서 측정한 전류와 무 부하 검출 기준치를 비교하여, 모터가 부하상태에서 구동되는지 또는 무 부하상태에서 구동되는지를 판단한다.

c) 단계를 도 3을 참조하여 구체적으로 설명한다. a) 단계에서 모터의 RPM을 제1기준치(#1.RPM)에서 제2기준치(#2.RPM)로 증가시키면, 이에 따라 전류도 증가하며, 모터의 구동상태에 따라 서로 다른 전류값이 나타낼 수 있다. Line1, Line2, Line3은 서로 다른 상태의 모터를 a) 단계와 같이 제1기준치(#1.RPM)에서 제2기준치(#2.RPM)까지 증가시켰을 때의 전류가 상승한 것을 도시한 것이다.

먼저 도 3에 도시된 바와 같이, Line1의 경우 모터의 RPM이 제1기준치(#1.RPM)에서 제2기준치(#2.RPM)까지 상승했을 때, 모터의 전류도 함께 증가하되, 기준치(이하 Std) 이하로 증가할 수 있으며, 따라서 c) 단계는 모터가 무 부하상태에서 구동되고 있다고 판단할 수 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, Line2의 경우 모터의 RPM이 제1기준치(#1.RPM)에서 제2기준치(#2.RPM)까지 상승했을 때, 모터의 전류는 Std 및 Std에서 소정 오차범위 큰 값(이하 Std+a)보다 크다. 따라서 Line2의 경우 c) 단계는 모터가 부하상태에서 구동되고 있다고 판단할 수 있다.

마지막으로 도 3에 도시된 바와 같이, Line3의 경우 모터의 RPM이 제1기준치(#1.RPM)에서 제2기준치(#2.RPM)까지 상승했을 때, 모터의 전류는 Std와 Std+a사이에 위치한다. 이렇듯 b) 단계에서 측정된 모터의 전류가 Std와 Std+a 사이에 위치할 경우, 외부의 요인 또는 노이즈에 의해 전류의 측정값이 명확하지 않은 경우일 수 있어, 모터가 현재 어떠한 상태에서 구동되고 있는지 판단하기 어려울 수 있다. 따라서 c) 단계는 모터가 현재 어떠한 상태에서 구동되고 있는지에 대한 판단을 보류하고, 모터의 동작을 제어하는 제어부에 a) 단계의 제2기준치를 증가하도록 신호를 보낼 수 있다. 도 3을 참조하면, c) 단계는 제2기준치(#2.RPM)를 제3기준치(#3.RPM)로 증가하도록 신호를 보낼 수 있으며, 따라서 a) 단계에서는 제1기준치(#1.RPM)에서 제3기준치(#3.RPM)까지 RPM을 증가시킨다. 즉, 다시 수행되는 a) 단계에서는 제3기준치가 이전에 수행되었던 제2기준치가 되는 것이다. c) 단계는 제어부에 제2기준치를 증가시키도록 요청하는 신호를 보냄과 동시에, a) 단계, b) 단계 및 c) 단계의 반복수행을 요청하는 신호를 송신할 수 있다. 만약 모터가 부하상태에서 동작한다고 했을 경우, 이전 a) 단계보다 소정 정도 RPM이 증가한 제2기준치(도 3에서 #3.RPM)에 따라 a) 단계가 수행되어 모터의 전류 또한 증가할 것이므로, 모터가 부하상태에서 동작하는지를 명확히 파악할 수 있다.

제2기준치를 증가시킨 상태에서 a) 단계, b) 단계 및 c) 단계를 반복 수행하여도 측정되는 전류값이 Std 이상 Std+a 이하일 경우, c) 단계는 모터가 무 부하상태에서 구동중인 것으로 판단하거나, 해당 모터가 고장 났다고 판단할 수 있다.

[제2실시예]

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 제2실시예에 의한 모터의 제어시 무 부하 검출방법에 관하여 상세히 설명한다.

상술한 본 발명의 제1실시예에 의한 모터의 제어시 무 부하 검출방법에서는 a) 단계가 한 번 수행된 경우만을 설명하였다. 그러나 앞서 설명한 바와 같이, 외부요인이나 노이즈와 같은 용인으로, b) 단계에서 측정되는 전류가 정확하지 않을 수 있다. 따라서 본 발명의 제2실시예에 의한 모터의 제어시 무 부하 검출방법에은 본 발명의 제1실시예에 의한 모터의 제어시 무 부하 검출방법과 동일하게 a) 단계, b) 단계, c) 단계를 포함하되, a) 단계가 소정 횟수 반복 수행되고, b) 단계는 a) 단계가 반복 수행되는 만큼 모터의 전류를 측정하며, c) 단계는 a) 단계가 반복 수행된 만큼 b) 단계에서 측정된 모터의 전류와 Std 및 Std+a값을 비교하여, 모터가 현재 부하상태 또는 무 부하상태에서 동작하고 있는지 여부를 판단할 수 있다.

도 4는 본 발명의 제2실시예에 의한 모터의 제어시 무 부하 검출방법의 순서도를 도시한 것이다.

도 4에서 n1은 a) 단계가 반복 수행된 횟수를 의미하며, n2는 a)단계가 반복 수행되면서 검출된 전류가 Std 및 Std+a 이상일 경우의 횟수를 의미하며, k는 a) 단계가 반복 수행되는 한계치를 의미한다.

구체적으로, a) 단계가 3번 반복 수행되도록 설정될 경우, a) 단계는 3번 반복수행되며, c) 단계는 a) 단계가 반복 수행될 때마다 b) 단계에서 검출된 전류가 Std 및 Std+a값보다 큰지 판단하며, 전류가 Std 및 Std+a값보다 큰 경우 n2를 1만큼 증가시킨다. 만약 a) 단계가 3번 반복 수행되고(n1, k가 3이 됨), 반복 수행될 때의 모든 전류값이 도 3에 도시된 line2와 같이 Std 및 Std+a값보다 크면 n2는 3이 될 것이며, 이때 c) 단계는 모터가 부하상태에서 동작한다고 판단할 수 있다.

만약 a) 단계가 3번 반복 수행될 동안 모든 전류값이 도 3에 도시된 line1과 같이 Std보다 작을 경우, n2는 0이 될 것이며, 이때 c) 단계는 모터가 무 부하상태에서 동작한다고 판단할 수 있다.

만약 a) 단계가 3번 반복 수행될 동안 전류값이 한 번은 도 5a에 도시된 바와 같이 Std 및 Std+a 이상, 두 번은 도 5b에 도시된 바와 같이 Std이하일 경우, n2는 1이 될 것이며, c) 단계는 이러한 경우 정확한 판단이 어렵다고 판단하여 제2기준치를 증가시키도록 제어부에 신호를 보내고, a) 단계, b) 단계 및 c) 단계가 다시 수행되도록 요청할 수 있다. 단, 만약 a) 단계가 100번과 같이 충분히 많은 횟수만큼 반복 수행되고, 95번은 검출된 전류가 Std이하로 측정되었을 경우, c) 단계는 모터가 현재 무 부하 상태라고 판단할 수 있다. 즉, a) 단계가 충분히 많은 횟수만큼 반복 수행되고, 전류가 소정 기준 횟수 이상 Std이하이거나, Std 및 Std+a 이상으로 검출되었을 경우, c) 단계는 검출된 횟수에 근거하여 현재 모터의 상태를 판단할 수 있다.

또한, b) 단계에서 검출된 전류가 Std와 Std+a 사이의 값일 경우, 마찬가지로 c)단계는 현재 모터의 상태를 정확하게 판단하기 어렵다고 판단해, 모터의 제어부에 제2기준치를 증가시키도록 신호를 보낸 후, a) 단계, b) 단계 및 c) 단계가 다시 수행되도록 요청할 수 있다.

상술한 바와 같은 본 발명의 다양한 실시예에 의한 모터의 제어시 무 부하 검출방법은 a) 단계, b) 단계, c) 단계를 통해 현재 모터의 상태가 부하상태인지 또는 무 부하상태인지를 판단할 수 있어, 모터 및 해당 모터가 적용된 부품을 안전하게 사용할 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.

Claims

a) 모터의 RPM을 제1기준치에서 상기 제1기준치보다 높은 제2기준치까지 증가시키는 단계;
b) 상기 a) 단계에서 RPM을 증가시키는 동안 상기 모터의 전류를 측정하는 단계; 및
c) 상기 b) 단계에서 측정한 전류와 무 부하 검출 기준치를 비교하여 상기 모터가 부하상태 또는 무 부하상태에서 구동되는지를 판단하는 단계;
을 포함하되,
상기 c) 단계는 상기 b) 단계에서 측정된 전류가 상기 무 부하 검출 기준치보다 클 경우, 상기 모터가 부하상태에서 구동된다고 판단하고,
상기 b) 단계에서 측정된 전류가 상기 무 부하 검출 기준치 이하일 경우, 상기 모터가 무 부하 상태에서 구동된다고 판단하며,
상기 c) 단계는 상기 b) 단계에서 측정된 전류가 상기 무 부하 검출 기준치 이상 상기 무 부하 검출 기준치에서 소정 오차범위를 더한 수치 이하일 때, 상기 모터의 구동상태의 판단을 보류하고 상기 모터의 제어부에 상기 제2기준치를 보다 높이도록 신호를 송신하고,
상기 a) 단계, b) 단계 및 c) 단계는 다시 수행되는 것을 특징으로 하는 모터의 제어시 무 부하 검출방법.
a) 모터의 RPM을 제1기준치에서 상기 제1기준치보다 높은 제2기준치까지 증가시키는 단계;
b) 상기 a) 단계에서 RPM을 증가시키는 동안 상기 모터의 전류를 측정하는 단계; 및
c) 상기 b) 단계에서 측정한 전류와 무 부하 검출 기준치를 비교하여 상기 모터가 부하상태 또는 무 부하상태에서 구동되는지를 판단하는 단계;
을 포함하되,
상기 c) 단계는 상기 b) 단계에서 측정된 전류가 상기 무 부하 검출 기준치보다 클 경우, 상기 모터가 부하상태에서 구동된다고 판단하고,
상기 b) 단계에서 측정된 전류가 상기 무 부하 검출 기준치 이하일 경우, 상기 모터가 무 부하 상태에서 구동된다고 판단하며,
상기 a) 단계는 소정 횟수 반복되고,
상기 c) 단계는 상기 a) 단계가 반복될 때마다 상기 b) 단계에서 측정한 전류와 무 부하 검출 기준치를 비교하여 상기 모터가 부하상태 또는 무 부하생태에서 구동되는지를 판단하며,
상기 c) 단계는 상기 a) 단계가 반복된 횟수와, 상기 b) 단계에서 측정된 전류가 상기 무 부하 검출 기준치보다 크게 측정된 횟수가 동일할 경우, 상기 모터가 부하상태에서 구동된다고 판단하는 것을 특징으로 하는 모터의 제어시 무 부하 검출방법.
a) 모터의 RPM을 제1기준치에서 상기 제1기준치보다 높은 제2기준치까지 증가시키는 단계;
b) 상기 a) 단계에서 RPM을 증가시키는 동안 상기 모터의 전류를 측정하는 단계; 및
c) 상기 b) 단계에서 측정한 전류와 무 부하 검출 기준치를 비교하여 상기 모터가 부하상태 또는 무 부하상태에서 구동되는지를 판단하는 단계;
을 포함하되,
상기 c) 단계는 상기 b) 단계에서 측정된 전류가 상기 무 부하 검출 기준치보다 클 경우, 상기 모터가 부하상태에서 구동된다고 판단하고,
상기 b) 단계에서 측정된 전류가 상기 무 부하 검출 기준치 이하일 경우, 상기 모터가 무 부하 상태에서 구동된다고 판단하며,
상기 a) 단계는 소정 횟수 반복되고,
상기 c) 단계는 상기 a) 단계가 반복될 때마다 상기 b) 단계에서 측정한 전류와 무 부하 검출 기준치를 비교하여 상기 모터가 부하상태 또는 무 부하생태에서 구동되는지를 판단하며,
상기 c) 단계는 상기 b) 단계에서 측정된 전류가 상기 무 부하 검출 기준치보다 크게 측정되되, 크게 측정된 횟수가 상기 a) 단계가 반복된 횟수보다 적을 경우, 상기 모터의 구동상태의 판단을 보류하고 상기 모터의 제어부에 상기 제2기준치를 보다 높이도록 신호를 송신하고,
상기 a) 단계, b) 단계 및 c) 단계는 다시 수행되는 것을 특징으로 하는 모터의 제어시 무 부하 검출방법.
삭제
삭제
제2항 또는 제3항에 있어서,
상기 c) 단계는 상기 a) 단계가 반복되는 동안 상기 b) 단계에서 측정된 전류가 상기 무 부하 검출 기준치 이하일 경우, 상기 모터가 무 부하상태에서 구동된다고 판단하는 것을 특징으로 하는 모터의 제어시 무 부하 검출방법.
삭제
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 모터는 센서리스 BLDC 모터인 것을 특징으로 하는 모터의 제어시 무 부하 검출방법.