KR102298877B1 - 부등 피치 모사 제어를 통한 기어 펌프 소음 저감 제어 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 부등 피치 모사 제어를 통한 기어 펌프 소음 저감 제어 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 부등 피치 모사 제어를 통한 기어 펌프 소음 저감 제어 장치에 있어서, 복수의 톱니가 등간격으로 형성된 기어 펌프에 대한 톱니 개수, 톱니 순번 및 톱니 간 각도를 설정 함수에 적용하여 각 순번의 톱니 별로 서로 상이한 제어 전류 값을 연산하는 연산부와, 각 톱니 별로 상기 톱니의 순번과 그에 대응된 상기 제어 전류 값을 매핑하여 저장하는 저장부, 및 상기 기어 펌프가 모터에 의해 회전 구동 시에 각각의 톱니가 기준 위치에 순차로 도달할 때마다 해당 순번의 톱니에 매핑된 상기 제어 전류 값을 가변 발생시키는 전류 제어부를 포함하며, 상기 제어 전류 값은 모터 제어 신호인 레퍼런스 전류 값에 합산되어 상기 모터에 인가되는 기어 펌프 소음 저감 제어 장치를 제공한다.
본 발명에 따르면, 등피치의 톱니로 구성된 기어 펌프의 회전 구동 시에 모터에 인가되는 전류 값 제어를 기반으로 부등 피치의 효과를 소프트웨어적으로 모사함으로써, 구조 변경 없이도 기어 펌프의 구동 소음을 효과적으로 저감할 수 있는 이점을 제공한다.

Description

부등 피치 모사 제어를 통한 기어 펌프 소음 저감 제어 장치 및 방법{Gear pump noise reduction control apparatus using uneven pitch imitation control and method thereof}

본 발명은 부등 피치 모사 제어를 통한 기어 펌프 소음 저감 제어 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 부등 피치 모사 제어를 통해 기어 펌프의 구동 소음을 저감할 수 있는 기어 펌프 소음 저감 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로 임펠러의 외주에 설치되는 다수의 날개를 동일한 간격(등피치)으로 배치할 경우 임펠러 구동 시 날개 수에 상당하는 주파수 대역에서 소음이 발생하는 문제가 있다.

이러한 문제를 해결하기 위하여 종래에는 임펠러의 날개를 부등 피치(uneven pitch)로 배열하여 음압 피크를 줄이고 부등 간격에 의해 발생하는 맥동음(저주파 피크)을 최소화하는 기법이 제안된 바 있다.

그런데 전동식 오일 펌프의 경우 두 기어가 맞물려 구동하는 구조로 구동 메커니즘적으로 톱니(tooth) 간 간격이 등간격이어야 하므로 부등 피치의 적용이 불가능한 단점이 있다. 또한, 전동식 오일 펌프의 회전 구동 중에 톱니 수(치수)와 관련된 주파수에서 높은 피크의 노이즈가 관측되는 문제가 있으므로, 별다른 구조 변경 없이 펌프 구동 소음을 줄일 수 있는 기법이 필요하다.

본 발명의 배경이 되는 기술은 한국등록특허 제10-0872294호(2008.12.05 공고)에 개시되어 있다.

본 발명은, 기어 펌프의 구동 시 구동 모터의 전류 값 제어를 통해 부등 피치를 모사함으로써 구동 소음을 효과적으로 저감할 수 있는 부등 피치 모사 제어를 통한 기어 펌프 소음 저감 제어 장치 및 그 방법을 제공하는데 목적이 있다.

본 발명은, 부등 피치 모사 제어를 통한 기어 펌프 소음 저감 제어 장치에 있어서, 복수의 톱니가 등간격으로 형성된 기어 펌프에 대한 톱니 개수, 톱니 순번 및 톱니 간 각도를 설정 함수에 적용하여 각 순번의 톱니 별로 서로 상이한 제어 전류 값을 연산하는 연산부와, 각 톱니 별로 상기 톱니의 순번과 그에 대응된 상기 제어 전류 값을 매핑하여 저장하는 저장부, 및 상기 기어 펌프가 모터에 의해 회전 구동 시에 각각의 톱니가 기준 위치에 순차로 도달할 때마다 해당 순번의 톱니에 매핑된 상기 제어 전류 값을 가변 발생시키는 전류 제어부를 포함하며, 상기 제어 전류 값은 모터 제어 신호인 레퍼런스 전류 값에 합산되어 상기 모터에 인가되는 기어 펌프 소음 저감 제어 장치를 제공한다.

또한, 상기 전류 제어부는, 해당 순번의 톱니가 기준 위치에 도달하는 시점에 상기 해당 순번의 톱니와 매핑된 제어 전류 값을 순간적으로 발생시키며, 상기 제어 전류 값이 발생하지 않는 나머지 시간 동안 상기 레퍼런스 전류 값만 상기 모터에 인가될 수 있다.

또한, 상기 전류 제어부는, 상기 기준 위치에 순차 도달하는 전체 N개의 톱니에 대응하여 상기 제어 전류 값을 시간에 따라 가변 발생시키고, 상기 시간에 따른 상기 제어 전류 값의 패턴은 사인 함수 형태를 가질 수 있다.

또한, n번째 순번의 톱니에 대응하는 n번째 제어 전류 값은 상기 설정 함수에 해당하는 아래 수학식에 의해 연산될 수 있다.

여기서, N은 상기 톱니 개수, n은 상기 톱니 순번(n=1,2,…,N), 2π/N은 상기 톱니 간 각도,

은 부등 피치 생성 함수를 기반으로 연산되며 n번째 톱니에 적용되는 기초 전류 값, e^(·)는 상기 기초 전류 값을 조정하는 지수함수, B_m은 기어 펌프의 종류에 따라 결정되는 변수로서 10 내지 90의 범위를 가진다.

또한, 상기

는 아래의 부등 피치 생성 함수를 기반으로 연산될 수 있다.

여기서, A_m은 기 설정된 전류 기준 값으로 5A ± 20%의 범위를 가지며, P₁ 및 P₂는 주기에 영향을 미치는 요소로 0<P₁<N, 0<P₂<N이다.

그리고, 본 발명은, 복수의 톱니가 등간격으로 형성된 기어 펌프에 대한 톱니 개수, 톱니 순번 및 톱니 간 각도를 설정 함수에 적용하여 각 순번의 톱니 별로 서로 상이한 제어 전류 값을 연산하는 단계와, 각 톱니 별로 상기 톱니의 순번과 그에 대응된 상기 제어 전류 값을 매핑하여 저장하는 단계, 및 상기 기어 펌프가 모터에 의해 회전 구동 시에 각각의 톱니가 기준 위치에 순차로 도달할 때마다 해당 순번의 톱니에 매핑된 상기 제어 전류 값을 가변 발생시키는 단계를 포함하며, 상기 제어 전류 값은 모터 제어 신호인 레퍼런스 전류 값에 합산되어 상기 모터에 인가되는 기어 펌프 소음 저감 제어 방법을 제공한다.

또한, 상기 제어 전류 값을 가변 발생시키는 단계는, 해당 순번의 톱니가 기준 위치에 도달하는 시점에 상기 해당 순번의 톱니와 매핑된 제어 전류 값을 순간적으로 발생시키며, 상기 제어 전류 값이 발생하지 않는 나머지 시간 동안 상기 레퍼런스 전류 값만 상기 모터에 인가될 수 있다.

또한, 상기 제어 전류 값을 가변 발생시키는 단계는, 상기 기준 위치에 순차 도달하는 전체 N개의 톱니에 대응하여 상기 제어 전류 값을 시간에 따라 가변 발생시키고, 상기 시간에 따른 상기 제어 전류 값의 패턴은 사인 함수 형태를 가질 수 있다.

본 발명에 따르면, 등피치의 톱니로 구성된 기어 펌프의 회전 구동 시에 모터에 인가되는 전류 값 제어를 기반으로 부등 피치의 효과를 소프트웨어적으로 모사함으로써, 구조 변경 없이도 기어 펌프의 구동 소음을 효과적으로 저감할 수 있는 이점을 제공한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 부등 피치 모사 제어를 통한 기어 펌프 소음 저감 제어 장치의 구성을 설명한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에서 변수 B_m에 따른 함수 변화 양상을 설명한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에서 각 톱니의 순번에 대응하여 발생되는 제어 전류 값을 설명한 도면이다.
도 4는 도 1에 도시된 기어 펌프 소음 저감 제어 장치가 적용된 펌프 제어 시스템을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 기어 펌프 소음 저감 제어 방법을 설명한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 부등피치 모사 제어 기법을 전동식 오일 펌프에 적용한 경우와 그렇지 않은 경우의 소음 측정 결과를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 부등피치 모사 제어 기법을 전동식 오일 펌프에 적용한 경우와 그렇지 않은 경우의 소음 스펙트로그램을 나타낸다.

그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 부등 피치 모사 제어를 통한 기어 펌프 소음 저감 제어 장치의 구성을 설명한 도면이다.

도 1에 나타낸 것과 같이, 본 발명의 실시예에 따른 부등 피치 모사 제어를 통한 기어 펌프 소음 저감 제어 장치(100)는 연산부(110), 저장부(120) 및 전류 제어부(130)를 포함한다.

기어 펌프 소음 저감 제어 장치(100)는 기어 펌프(10)(예: 전동식 오일 펌프)를 구동시키는 모터(20)에 부등 피치의 효과를 모사하기 위한 제어 전류 값을 인가하여 기어 펌프(10)의 회전 구동 시에 발생하는 소음을 저감시키다.

일반적으로 기존의 임펠러의 경우 날개 간 간격을 다르게 하는 부등 피치(uneven pitch)를 적용하여 구동 소음을 최소화한다. 그런데, 기어 펌프(10)의 경우 두 기어 간 외접하여 맞물려 구동하며 구조적으로 톱니 간의 간격이 일정하게 설계될 수 밖에 없기 때문에 부등 피치의 구조를 적용하는 것이 불가능하다.

본 발명의 실시예는 기어 펌프(10)에 대한 구조적 변경을 가하지 않고 기어 펌프(10)를 가동시키는 모터(20)의 전류 값을 시간에 따라 제어함으로써 소음 저감을 위한 부등 피치의 효과를 소프트웨어적으로 구현할 수 있다.

다음은 도 1의 기어 펌프 소음 저감 제어 장치(100)의 각 구성을 더욱 상세히 설명한다.

연산부(110)는 복수의 톱니가 등간격으로 형성된 기어 펌프(10)에 대한 톱니 개수(N), 톱니 순번(n=1,2,…,N) 및 톱니 간 각도(2π/N)를 설정 함수에 적용하여 각 순번의 톱니 별로 서로 상이한 제어 전류 값을 연산한다.

도 1의 경우 외접 기어 사양으로 톱니 수(치수) N=11인 것을 예시한다. 이 경우 톱니 간 각도인 2π/N는 32.7도(=360/11)이며, 톱니의 순번(톱니 인덱스)은 1에서 11까지 존재한다.

여기서, 설정 함수는 아래의 수학식 1과 같이 정의될 수 있다.

수학식 1은 n번째 순번의 톱니에 대응하는 n번째 제어 전류 값을 연산하는 함수를 나타내며, 앞서 설명한 것과 같이 N은 톱니 개수, n은 톱니 순번(n=1,2,…,N), 2π/N은 톱니 간 각도이다.

은 n번째 톱니에 적용되는 기초 전류 값으로 부등 피치 생성 함수를 기반으로 연산된다. 이때, e^(·)는

값을 조정하는 지수 함수를 나타낸다.

여기서, B_m은 기어 펌프의 종류에 따라 결정되는 변수로서, 10 내지 90의 범위의 값을 가진다. 이러한 B_m 값은 기어 펌프(10)에 종류(타입, 사양 등)에 따라 달라질 수 있다. 그리고 mod(A,B)는 기 공지된 함수로 A를 B로 나눈 나머지 값을 구하는 함수이다.

도 2는 본 발명의 실시예에서 변수 B_m에 따른 함수 변화 양상을 설명한 도면이다.

도 2와 같이, 수학식 1의 함수는 간단히

로 표현할 수 있다. 이때, x는 mod 함수를 고려하여, -1≤x≤1의 범위로 설정하였다.

이러한 도 2의 결과로부터 B_m 값의 조정(예: B_m = 10,30,90)에 따라 함수의 패턴이 변화하는 것을 확인할 수 있는데, B_m 값이 10에서 90으로 증가할수록 종 모양의 패턴이 점점 좁아지는 형상으로 변경된다. 이와 같이, 기어 펌프의 종류에 따라 B_m 값이 달리 적용되면서 함수 모양이 조정될 수 있다.

수학식 1의

는 아래 수학식 2에 나타낸 부등 피치 생성 함수를 기반으로 연산된다.

여기서, A_m은 기 설정된 전류 기준 값으로 5A ± 20%의 범위의 값으로 설정될 수 있으며, P₁ 및 P₂는 주기에 영향을 미치는 요소로 0<P₁<N, 0<P₂<N이다.

톱니의 순번 n은 1 부터 11까지 존재하므로 각 톱니 별로 수학식 2의

이 구해지고

을 이용하여 수학식 1의

이 구해진다 .즉, 수학식 1은 톱니 개수에 대응하여 총 11개가 도출된다.

저장부(120)는 연산부(110)로부터 연산 결과를 수신하여 저장한다. 이때, 저장부(120)는 각 톱니 별로 도출된 제어 전류 값을 해당 톱니의 순번과 매핑하여 저장한다. 전류 제어부(130)는 기어 모터(20)의 구동시 각 톱니의 위치와 저장부(120)에 저장된 정보를 기초로 제어 전류 값을 가변시킨다.

구체적으로, 전류 제어부(130)는 기어 펌프(10)가 모터(20)에 의해 회전 구동 시에 각각의 톱니가 기준 위치에 순차로 도달할 때마다 해당 순번의 톱니에 매핑된 제어 전류 값을 가변 발생시킨다.

기어 펌프(10)는 32.7도 회전할 때마다 각 톱니가 순차로 기준 위치에 도달할 것이다. 여기서 기준 위치는 예를 들면 점선(-·-) 지점에 해당할 수 있다. 물론 각 톱니의 위치는 모터(20)의 축이 회전한 각도 정보를 통해서도 쉽게 확인될 수 있다.

도 1과 같이, 전류 제어부(130)에서 발생한 제어 전류 값은 연속 인가되는 모터 제어 신호인 레퍼런스 전류 값(I_{s_ref})에 합산되어 모터(20)에 인가되게 된다.

기어 펌프(10)는 모터(20)의 회전축과 결합되어 모터(20)에 의해 회전될 수 있으며, 회전 각도가 가변되는 동안 각각의 톱니가 기 설정된 기준 위치에 순차로 도달하게 된다.

전류 제어부(130)는 저장부(120)에 매핑된 정보를 참조하여 1번 내지 11번의 톱니가 순차로 기준 위치에 도달할 때마다 그에 대응된 제어 전류 값을 발생시킨다. 이와 같이 전류 제어부(130)는 해당 순번에 대응한 제어 전류 값을 적절한 시점에 발생시킨다.

여기서, 해당 순번의 톱니가 기준 위치에 도달하는 시점은 모터 회전축 각도로부터 쉽게 파악될 수 있다. 예를 들어 모터(20)의 회전축이 32.7도 만큼 회전될 때마다 기준 위치에 도달하는 톱니의 순번이 단계적으로 달라진다.

본 발명의 실시예에서 전류 제어부(130)는 해당 순번의 톱니가 기준 위치에 도달하는 시점에 해당 순번의 톱니와 매핑된 제어 전류 값을 순간적으로 발생시킨다. 이에 따라, 제어 전류 값이 발생하지 않는 나머지 시간 동안에는 레퍼런스 전류 값만이 모터(20)에 인가된다.

도 3은 본 발명의 실시예에서 각 톱니의 순번에 대응하여 발생되는 제어 전류 값을 설명한 도면이다.

도 3에서 가로축은 각도로서 0~360도 범위를 나타내며, 세로축은 전류 제어부(130)에서 각 순번의 톱니 별로 생성한 제어 전류 값을 나타낸다. 회전 각도는 시간에 따라 변화하므로 도 3의 세로축은 시간 축에 해당한다 볼 수 있다.

전류 제어부(130)는 기준 위치에 순차 도달하는 전체 11개의 톱니에 대응하여 제어 전류 값을 시간에 따라 가변 발생시킨다. 이때, 전류 제어부(130)는 도 3과 같이 해당 순번의 톱니가 기준 위치에 도달할 때마다 수학식 1에 의한 제어 전류 값을 순간적으로 발생시킨다.

여기서, 시간에 따른 제어 전류 값의 패턴은 사인 함수 형태를 가지는 것을 알 수 있다. 즉, 360 방향에 대하여 제어 전류 값은 하나의 주기를 가지고 움직이는 것을 알 수 있다.

또한 제어 전류 값은 도 1과 같이 레퍼런스 전류 값(I_{s_ref})에 더해진 상태로 모터(20)에 입력 전류로 인가되므로, 도 3과 같이 제어 전류 값이 미발생한 시간(전류 값이 0인 시간)에서는 레퍼런스 전류 값(I_{s_ref})만이 모터(20)에 인가되게 된다.

도 4는 도 1에 도시된 기어 펌프 소음 저감 제어 장치가 적용된 펌프 제어 시스템을 나타낸 도면이다.

이러한 도 4는 모터(20)를 구동시키는 모터 구동부를 구체적으로 도시하고 있다. 도 4에서 속도 컨트롤러(21), 전류 컨트롤러(22) 및 PWM 인버터(23)는 모터 구동부의 구성 요소에 해당할 수 있다. 물론 모터 구동부는 모터(20)에 포함되거나 모터(20)에 연결된 형태로 구현될 수 있다.

이러한 모터 구동부는 전류 값에 대응하여 생성한 PWM 신호를 기반으로 모터(20)를 PWM 제어하는 방법으로 모터(20)의 구동 및 속도 제어를 수행한다.

구체적으로 모터 구동부는 제어 장치(100)와 모터(20) 사이에 연결되며, 제어 장치(100)에서 발생한 제어 전류 값을 스피트 컨트롤러(21)에서 출력한 레퍼런스 전류 값에 합산하여 전류 컨트롤러(22)에 인가한다. 물론 제어 전류 값이 0인 시간 구간에서는 레퍼런스 전류 값만이 전류 컨트롤러(22)에 인가된다.

전류 컨트롤러(22)는 입력된 전류 값을 전압 값으로 변경하여 PWM 인버터(23)의 게이트 단에 입력시키고 PWM 인버터(23)는 입력된 전압을 기반으로 PWM 신호를 발생시켜 모터(20)에 인가한다. 모터(20)는 PWM 신호에 따라 회전축을 가동하게 되며 회전축에 연결된 기어 펌프(10)의 회전 동작과 회전 속도를 제어한다.

여기서, 모터(20)에 구비된 센서는 회전 위치나 각도를 실시간 피드백할 수 있다. 이를 통해 속도 컨트롤러(21)는 모터 구동에 필요한 레퍼런스 전류를 생성할 때 피드백 각도(ω_{m_feedback})와 기준 각도(ω_{m_ref}) 간 오차를 반영할 수 있다. 이에 부가적으로 PWM 신호 라인에서 피드백된 전류 값이 레퍼런스 전류 값에 대해 차감 반영될 수 있다.

이와 같이, 제어 장치(100)에서 생성한 제어 전류 값은 모터(20)의 제어 입력 신호로 활용됨을 알 수 있다. 물론, 제어 장치(100)는 도 4와 같이 모터(20)를 구동시키는 모터 구동부와 연결되어 동작할 수도 있지만, 모터 구동부의 구성 요소로 포함되거나 내장될 수도 있다.

모터 구동부는 모터(20)의 속도를 제어하는 전류 신호를 생성하여 모터(20)에 인가하여 모터(20)를 제어하고 모터(20)의 회전축 각도 위치를 피드백한 정보를 기초로 모터(20)를 더욱 안정적으로 구동한다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 기어 펌프 소음 저감 제어 방법을 설명한 도면이다.

먼저, 기어 펌프 소음 저감 제어 장치(100)는 기어 펌프에 대한 톱니 개수, 톱니 순번 및 톱니 간 각도를 설정 함수에 적용하여 각 순번의 톱니 별로 서로 상이한 제어 전류 값을 연산한다(S510). 이때, 기어 펌프 소음 저감 제어 장치(100)는 부등 피치 생성 함수에 기반한 수학식 1을 통하여 각 톱니에 대응되는 제어 전류 값을 연산할 수 있다.

그리고, 각 톱니 별로 해당 톱니의 순번과 그에 대응된 제어 전류 값을 매핑하여 저장한다(S520). 이후부터는 이와 같이 매핑된 정보를 기초로 기어 펌프(10)를 구동시킴으로써 동작 소음을 최소화한다.

이를 위해, 기어 펌프 소음 저감 제어 장치(100)는 기어 펌프(10)가 모터(20)에 의해 회전 구동하는 동안 각 톱니의 위치를 기초로 제어 전류 값을 발생시킨다. 구체적으로 기어 펌프 소음 저감 제어 장치(100)는 기어 펌프(10)의 각 톱니가 기준 위치에 순차로 도달하는 시점에 동기화되어 해당 순번의 톱니에 매핑된 제어 전류 값을 발생시킨다(S530).

이와 같이 발생된 제어 전류 값은 모터 제어 신호인 레퍼런스 전류 값에 합산되어 모터(20)에 제어 신호로 인가된다(S540).

본 발명의 실시예에서 기어 펌프(10)는 전동식 오일 펌프에 해당할 수 있다. 이와 같은 본 발명의 실시예에 따른 제어 기법을 전동식 오일 펌프에 적용할 경우 모터 속도 및 토크를 순시적으로 가변하여 부등 피치를 적용한 것과 유사한 모사 제어가 가능해진다.

즉, 본 발명의 경우 기계적으로 부등 피치 적용이 불가한 외접 기어 펌프 기반의 전동식 오일 펌프의 모터 토크(전류)를 각 치(tooth)의 위치 별로 가변함으로써 부등 피치 모사 제어가 가능하다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 부등피치 모사 제어 기법을 전동식 오일 펌프에 적용한 경우와 그렇지 않은 경우의 소음 측정 결과를 나타낸다.

이때, 소음 측정을 위한 시험 조건으로, 외접 기어의 치수(톱니 수)는 11개, 회전수는 1500 rpm, 그리고 유압은 1 bar로 설정하였다.

도 6의 시험 결과를 참조하면, 부등 피치 모사 제어 적용 시 일반 제어와 대비하여 볼 때, 전체 노이즈 값은 58dBA 수준으로 거의 동등하지만, 회전수 및 치수 간의 조합 주파수(275Hz=25Hz×11)의 체배 주파수(550Hz, 825Hz)에서 피크치 감소 및 주파수 대역 분산 효과를 확인할 수 있었고, 특히 최대 피크치는 약 4~5dB 감소하였다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 부등피치 모사 제어 기법을 전동식 오일 펌프에 적용한 경우와 그렇지 않은 경우의 소음 스펙트로그램을 나타낸다. 이러한 도 7은 주파수-시간 도메인 상에서 소음 크기를 색상으로 나타낸 스펙트로그램에 해당하며 붉은색에 가까울수록 소음이 큰 것을 나타낸다.

도 7의 결과를 참조하면, 부등 피치 모사 제어 기법이 적용된 경우가 이를 미적용한 일반 제어 경우보다 550Hz 및 825Hz 대역에서 소음이 감소하였고 소음 대역이 분산된 것을 확인할 수 있다. 이러한 본 발명의 기법의 경우 공진점 회피 등 특정 회전수에 국한하여 적용시 더욱더 소음 저감 효과를 기대할 수 있다.

이상과 같은 본 발명에 따르면, 등피치의 톱니로 구성된 기어 펌프의 회전 구동 시에 모터에 인가되는 전류 값 제어를 기반으로 부등 피치의 효과를 소프트웨어적으로 모사함으로써, 구조 변경 없이도 기어 펌프의 구동 소음을 효과적으로 저감할 수 있는 이점을 제공한다.

본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

10: 기어 펌프 20: 모터
100: 기어 펌프 소음 저감 제어 장치 110: 연산부
120: 저장부 130: 전류 제어부

Claims (10)

1. 부등 피치 모사 제어를 통한 기어 펌프 소음 저감 제어 장치에 있어서,
   복수의 톱니가 등간격으로 형성된 기어 펌프에 대한 톱니 개수, 톱니 순번 및 톱니 간 각도를 설정 함수에 적용하여 각 순번의 톱니 별로 서로 상이한 제어 전류 값을 연산하는 연산부;
   각 톱니 별로 상기 톱니의 순번과 그에 대응된 상기 제어 전류 값을 매핑하여 저장하는 저장부; 및
   상기 기어 펌프가 모터에 의해 회전 구동 시에 각각의 톱니가 기준 위치에 순차로 도달할 때마다 해당 순번의 톱니에 매핑된 상기 제어 전류 값을 가변 발생시키는 전류 제어부를 포함하며,
   상기 제어 전류 값은 모터 제어 신호인 레퍼런스 전류 값에 합산되어 상기 모터에 인가되는 기어 펌프 소음 저감 제어 장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 전류 제어부는,
   해당 순번의 톱니가 기준 위치에 도달하는 시점에 상기 해당 순번의 톱니와 매핑된 제어 전류 값을 순간적으로 발생시키며,
   상기 제어 전류 값이 발생하지 않는 나머지 시간 동안 상기 레퍼런스 전류 값만 상기 모터에 인가되는 기어 펌프 소음 저감 제어 장치.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 전류 제어부는,
   상기 기준 위치에 순차 도달하는 전체 N개의 톱니에 대응하여 상기 제어 전류 값을 시간에 따라 가변 발생시키고,
   상기 시간에 따른 상기 제어 전류 값의 패턴은 사인 함수 형태를 가지는 기어 펌프 소음 저감 제어 장치.
4. 청구항 1에 있어서,
   n번째 순번의 톱니에 대응하는 n번째 제어 전류 값은 상기 설정 함수에 해당하는 아래 수학식에 의해 연산되는 기어 펌프 소음 저감 제어 장치:
   

   

   
   여기서, N은 상기 톱니 개수, n은 상기 톱니 순번(n=1,2,…,N), 2π/N은 상기 톱니 간 각도,

   

   은 부등 피치 생성 함수를 기반으로 연산되며 n번째 톱니에 적용되는 기초 전류 값, e^(·)는 상기 기초 전류 값을 조정하는 지수함수, B_m은 기어 펌프의 종류에 따라 결정되는 변수로서 10 내지 90의 범위를 가진다.
5. 청구항 4에 있어서,
   상기

   

   는 아래의 부등 피치 생성 함수를 기반으로 연산되는 기어 펌프 소음 저감 제어 장치:
   

   

   
   여기서, A_m은 기 설정된 전류 기준 값으로 5A ± 20%의 범위를 가지며, P₁ 및 P₂는 주기에 영향을 미치는 요소로 0<P₁<N, 0<P₂<N이다.
6. 복수의 톱니가 등간격으로 형성된 기어 펌프에 대한 톱니 개수, 톱니 순번 및 톱니 간 각도를 설정 함수에 적용하여 각 순번의 톱니 별로 서로 상이한 제어 전류 값을 연산하는 단계;
   각 톱니 별로 상기 톱니의 순번과 그에 대응된 상기 제어 전류 값을 매핑하여 저장하는 단계; 및
   상기 기어 펌프가 모터에 의해 회전 구동 시에 각각의 톱니가 기준 위치에 순차로 도달할 때마다 해당 순번의 톱니에 매핑된 상기 제어 전류 값을 가변 발생시키는 단계를 포함하며,
   상기 제어 전류 값은 모터 제어 신호인 레퍼런스 전류 값에 합산되어 상기 모터에 인가되는 기어 펌프 소음 저감 제어 방법.
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 제어 전류 값을 가변 발생시키는 단계는,
   해당 순번의 톱니가 기준 위치에 도달하는 시점에 상기 해당 순번의 톱니와 매핑된 제어 전류 값을 순간적으로 발생시키며,
   상기 제어 전류 값이 발생하지 않는 나머지 시간 동안 상기 레퍼런스 전류 값만 상기 모터에 인가되는 기어 펌프 소음 저감 제어 방법.
8. 청구항 6에 있어서,
   상기 제어 전류 값을 가변 발생시키는 단계는,
   상기 기준 위치에 순차 도달하는 전체 N개의 톱니에 대응하여 상기 제어 전류 값을 시간에 따라 가변 발생시키고,
   상기 시간에 따른 상기 제어 전류 값의 패턴은 사인 함수 형태를 가지는 기어 펌프 소음 저감 제어 방법.
9. 청구항 6에 있어서,
   n번째 순번의 톱니에 대응하는 n번째 제어 전류 값은 상기 설정 함수에 해당하는 아래 수학식에 의해 연산되는 기어 펌프 소음 저감 제어 방법:
   

   

   
   여기서, N은 상기 톱니 개수, n은 상기 톱니 순번(n=1,2,…,N), 2π/N은 상기 톱니 간 각도,

   

   은 부등 피치 생성 함수를 기반으로 연산되며 n번째 톱니에 적용되는 기초 전류 값, e^(·)는 상기 기초 전류 값을 조정하는 지수함수, B_m은 기어 펌프의 종류에 따라 결정되는 변수로서 10 내지 90의 범위를 가진다.
10. 청구항 9에 있어서,
    상기

    

    는 아래의 부등 피치 생성 함수를 기반으로 연산되는 기어 펌프 소음 저감 제어 방법:
    

    

    
    여기서, A_m은 기 설정된 전류 기준 값으로 5A ± 20%의 범위를 가지며, P₁ 및 P₂는 주기에 영향을 미치는 요소로 0<P₁<N, 0<P₂<N이다.

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