KR102634428B1 - 모터제어방법 및 그 장치 - Google Patents

Abstract

모터제어방법 및 그 장치가 개시된다. 모터제어장치는 모터의 축에 위치한 자석에 대향하여 위치한 MR센서를 통해 모터의 제1 회전각도를 파악하고, 모터에 공급되는 전류의 위상을 기초로 모터의 제2 회전각도를 파악하고, 제1 회전각도와 제2 회전각도의 차이를 기초로 보상각도를 파악하고, 보상각도를 이용하여 모터의 회전각도를 제어한다.

Description

모터제어방법 및 그 장치{Motor control method and apparatus}

본 발명의 실시 예는 모터제어방법 및 그 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 모터의 회전각도를 정밀하게 제어할 수 있는 방법 및 그 장치에 관한 것이다.

차량의 MDPS(Motor Driven Power Steering) 등 다양한 분야에서 모터가 사용된다. 모터를 통해 MDPS 등의 각 구성을 정밀하게 이동시키기 위해서는 모터의 회전각도의 파악이 중요하다. 도 1은 모터(100)의 회전각도 파악을 위한 구조의 일 예를 도시한 도면이다. 도 1을 참조하면, 모터(100)의 축(shaft)(100)에는 자석(magnet)(120)이 존재하고, 그 자석(120)과 대향하는 면에 MR(magneto resistive) 센서(140)가 존재한다. MR 센서(140)는 PCB(Printed Circuit Board)(130)에 존재할 수 있다. MR 센서(140)는 자석(120)의 N극과 S극의 위치가 달라짐에 따라 변화하는 자기장의 변화를 감지하여 회전각도를 측정하는 센서이다.

모터(100)의 자석(120)과 MR 센서(140) 사이는 조립에 의한 오차, MR 센서 자체의 오차(orthogonality)가 필연적으로 발생할 수 밖에 없다. 이러한 오차를 줄이기 위하여 모터(100)를 MDPS 등의 장비에 조립한 후 모터(100)의 축(110)을 별도의 외부설비로 회전시켜 MR 센서(140)와 자석(120)의 방향이 일치하도록 보정하는 과정이 요구되므로, 모터 조립과 보정에 많은 시간이 소요되는 문제점이 존재한다. 더구나, 모터(100)와 MR 센서(140)의 위치를 서로 일치시킨 이후에도 온도나 여러가지 원인으로 인해 모터의 축(110)와 MR 센서(140) 사이에 오차가 발생할 수 있으므로 이를 보정하기 위한 방법이 필요하다.

본 발명의 실시 예가 이루고자 하는 기술적 과제는, 모터의 축과 MR 센서 사이의 오차를 자동으로 보정하여 모터의 회전각도를 정밀하게 제어할 수 있는 방법 및 그 장치를 제공하는 데 있다.

상기의 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명의 실시 예에 따른 모터제어방법의 일 예는, 모터의 축에 위치한 자석에 대향하여 위치한 MR센서를 통해 상기 모터의 제1 회전각도를 파악하는 단계; 상기 모터에 공급되는 전류의 위상을 기초로 모터의 제2 회전각도를 파악하는 단계; 상기 제1 회전각도와 상기 제2 회전각도의 차이를 기초로 보상각도를 파악하는 단계; 및 상기 보상각도를 이용하여 상기 모터의 회전각도를 제어하는 단계;를 포함한다.

상기의 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명의 실시 예에 따름 모터제어장치의 일 예는, 모터의 축에 위치한 자석과 대향하여 위치한 MR센서; 상기 MR센서를 통해 파악한 상기 모터의 제1 회전각도와 상기 모터에 공급되는 전류의 위상을 기초로 파악한 상기 모터의 제2 회전각도를 비교하여 보상각도를 파악하는 각도보상부; 및 상기 보상각도를 이용하여 상기 모터의 회전각도를 제어하는 모터제어부;를 포함한다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 모터 축과 MR 센서 사이의 오차를 자동으로 보정할 수 있다. 또한 모터의 구동 중에 온도에 따라 변화하는 인덕턴스(inductance) 에 따른 오차를 자동으로 보정할 수 있다. 또한 MR 센서의 이상으로 오차가 발생하여도 자동 보정하여 정상적인 동작이 가능하도록 한다.

도 1은 모터의 회전각도 파악을 위한 구조의 일 예를 도시한 도면,
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 모터제어장치의 일 예의 구성을 도시한 도면,
도 3은 본 발명이 실시 예에 따른 모터제어방법의 일 예를 도시한 흐름도,
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 보상각도를 파악하는 방법의 일 예를 도시한 도면, 그리고,
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 온도별 보상각도를 파악하는 방법의 일 예를 도시한 도면이다.

이하에서, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 모터제어방법 및 그 장치에 대하여 상세히 살펴본다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 모터제어장치의 일 예의 구성을 도시한 도면이다.

도 2를 참조하면, 모터제어장치는 각도보상부(200), 모터제어부(210), 모터(220), MR 센서(230), 션트저항(240), 저장부(250) 및 온도센서(260)를 포함한다. 실시 예에 따라 온도센서(260)는 생략될 수 있다. 각도보상부(200)와 모터제어부(210)는 MCU(Micro Controller Unit) 등 다양한 종류이 프로세서로 구현될 수 있다. 다른 실시 예로, 모터제어부(210)와 각도보상부(200)는 하나의 구성으로 구현될 수도 있다. 저장부(250)는 각종 메모리로 구현될 수 있다. 이하 각 구성에 대해 구체적으로 살펴본다.

모터제어부(210)는 모터(220)에 전력을 공급하여 구동한다. 일 실시 예로, 모터제어부(210)는 PWM(Pulse Width Modulation) 방법 등을 통해 모터의 회전량과 회전속도, 회전각도 등을 제어할 수 있다. 이 외에도, MDPS 등 모터(220)가 장착되는 부품에 따라 모터제어부(210)의 제어방법은 다양할 수 있다.

모터(220) 및 MR 센서(230)는 도 1에서 살핀 바와 같다. 도 1을 참조하면, 모터 축(110)에는 자석(120)이 존재하고 MR 센서(140)는 축(110)의 앞부분에 위치한 자석(120)의 회전에 따라 변화하는 자기장을 감지하여 모터의 회전각도를 파악한다. MR 센서(230)는 AMR(Anisotropic Magneto-Resistive)/GMR(Giant Magnetroresistance) 방식일 수 있다. 이 외에도 본 실시 예에는 종래의 다양한 MR 센서(230)가 사용될 수 있다.

MR 센서(230)를 통해 파악되는 회전각도는 모터의 상대적인 회전각도이다. 예를 들어, MR 센서(230)는 모터(220)가 최초 조립된 상태를 기준방향으로 하여 회전한 상대적인 각도를 파악할 뿐 모터 축의 절대적인 각도를 파악할 수 없다.

각도보상부(200)는 모터(220)의 절대적인 회전각도를 파악하기 위하여 션트저항(240)을 이용한다. 각도보상부(200)는 모터제어부(210)가 모터(220) 구동을 위해 공급하는 전류의 위상을 션트저항(240)을 통해 파악한다. 예를 들어, 모터(220)는 3상 모터이고, 각도보상부(200)는 션트저항(240)을 통해 모터(220)에 공급되는 3상 전류의 위상을 파악한 후, 3상 전류의 위상을 이용하여 모터의 회전각도를 파악할 수 있다. 3상 전류의 위상을 이용하여 모터의 회전각도를 구하는 방법은 이미 알려진 기술이므로 종래의 다양한 방법이 본 실시 예에 적용될 수 있다.

각도보상부(200)는 MR 센서(230)를 통해 파악한 제1 회전각도와 션트저항(240)을 통해 파악한 제2 회전각도를 기초로 보상각도를 산출하여 저장부(250)에 저장한다. 예를 들어, 도 1의 예에서 모터 축(110) 각도(예를 들어, 자석(120)의 N극과 S극 사이의 선이 회전한 각도)가 12시 방향을 기준으로 반시계방향으로 15도만큼 회전한 상태로 조립된 상태에서, 모터제어부(210)가 모터(220)를 시계방향으로 30도만큼 회전하면, MR 센서(230)를 통해 파악한 제1 회전각도는 30도인 반면, 션트저항(240)을 통해 파악한 제2 회전각도(즉, 모터 축(110)의 실제 회전각도)는 15도이다. 따라서 각도보상부(200)는 모터제어부(210)의 축 방향과 MR 센서(230)의 방향이 15도만큼 오차가 발생함을 파악할 수 있다.

각도보상부(200)는 실시간으로 모터의 축과 MR 센서 사이의 오차를 파악하여 모터제어부(210)에 제공할 수 있으나, 이 경우 오차 파악에 소요되는 시간만큼 모터 제어에 지연이 발생할 수 있다. 따라서 각도보상부(200)는 기 정의된 주기(예를 들어, 1시간, 1일 등) 또는 기 정의된 조건(예를 들어, 이후 살펴볼 온도 조건 등)에 해당하는 경우에 보상각도를 파악하는 과정을 수행할 수 있다.

각도보상부(200)는 모터제어부(210)에 보상각도를 알려주고, 모터제어부(210)는 보상각도를 이용하여 모터를 제어할 수 있다. 예를 들어, 앞서 살핀 예와 같이 모터 축이 반시계방향으로 15도 기울어져 있는 경우에 모터 축을 12시 방향으로 이동시키려면, 모터제어부(210)는 MR 센서(230)를 통해 파악되는 제1 회전각도가 15도가 될 때까지 모터를 구동하면 된다. 즉, MR 센서(230)를 통해 파악되는 제1 회전각도에서 보상각도를 뺀 각도가 모터 축의 실제 각도이므로, 모터제어부(210)는 이를 기준으로 모터(220)를 원하는 각도로 이동시킬 수 있다.

온도센서(260)는 모터(220)의 온도를 측정한다. 온도에 따라 모터(220)의 인덕턴스가 변화하고 그에 따라 MR 센서(230)에서 측정되는 회전각도가 달라질 수 있다. 각도보상부(200)는 온도센서(260)에 의해 측정된 온도가 기 정의된 온도가 되면, 보상각도를 파악하는 과정을 수행한 후 온도정보와 보상각도를 함께 저장부(250)에 저장하고, 보상각도를 모터제어부(210)에 알려줄 수 있다. 예를 들어, 보상각도부(200)는 10도 단위로 각각 보상각도를 파악하여 저장부(250)에 저장할 수 있다.

도 3은 본 발명이 실시 예에 따른 모터제어방법의 일 예를 도시한 흐름도이다.

도 3을 참조하면, 모터제어장치는 모터 축의 자석에 대향하여 위치한 MR센서를 통해 모터의 제1 회전각도를 파악한다(S300). 모터제어장치는 모터에 공급되는 전류의 위상을 기초로 모터의 제2 회전각도를 파악한다(S310). 모터제어장치는 제1 회전각도와 상기 제2 회전각도의 차이를 기초로 보상각도를 파악한다(S320). 다른 실시 예로, 모터제어장치는 온도센서를 통해 파악한 모터의 온도에 따른 보상각도를 파악하여 저장할 수 있다. 모터제어장치는 보상각도를 이용하여 모터의 회전각도를 제어한다(S330).

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 보상각도를 파악하는 방법의 일 예를 도시한 도면이다.

도 4를 참조하면, 모터제어장치는 MR 센서를 통해 모터의 제1 회전각도(400)를 파악한다. MR 센서를 통해 파악되는 모터의 제1 회전각도(400)는 모터가 조립된 시점을 기준으로 모터가 회전한 각도이며, 모터 축의 절대 각도를 나타내는 것은 아니다. 즉, 제1 회전각도(400)는 모터 축이 기준각도를 기준으로 실제 얼마만큼 회전하였는지를 나타내지는 못한다.

모터제어장치는 션트저항을 통해 모터에 공급되는 구동 전류의 위상을 기초로 모터의 제2 회전각도(410)를 파악한다. 3상 모터에 공급되는 3상 전류의 위상을 기초로 모터의 회전각도를 파악하는 종래의 다양한 방법이 본 실시 예에 적용될 수 있다. 션트저항을 통해 모터 축의 절대각도를 파악할 수 있으나, 위상을 계산하여 모터의 제2 회전각도(410)를 파악하는데 일정 시간이 소요되므로 제2 회전각도(410)만으로 모터를 실시간 제어하는 데에는 한계가 있다.

모터제어장치는 제1 회전각도(400)와 제2 회전각도(410)의 차이값을 기초로 보상각도(420)를 파악한다. 예를 들어, 제1 회전각도(400)가 제2 회전각도(410)보다 크면 모터는 초기 조립시점에 12시 방향을 기준으로 시계방향으로 틀어져 있는 상태이므로, 모터제어장치는 (-)의 보상각도(420)를 산출할 수 있다.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 온도별 보상각도를 파악하는 방법의 일 예를 도시한 도면이다.

도 5를 참조하면, 모터제어장치는 온도센서를 통해 모터의 온도를 파악한다. 온도가 기 정의된 기준값 이상이되면, 모터제어장치는 도 3에서 살핀 방법을 통해 보상각도(510)를 파악하여 온도정보(500)와 함께 저장소에 저장한다. 모터제어장치는 온도가 기 정의된 크기(예를 들어, 10도 단위)로 변화할 때, 온도와 보상각도를 저장할 수 있다.

모터제어장치는 온도센서를 통해 파악한 온도에 해당하는 보상각도가 저장부에 존재하면 저장부로부터 보상각도를 읽어 모터제어부에 제공할 수 있다. 해당 온도에 해당하는 보상각도가 저장부에 존재하지 않는다면, 모터제어장치는 도 3의 방법으로 보상각도를 파악한 후 이를 저장부에 저장할 수 있다.

본 발명의 각 실시 예는 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, SSD, 광데이터 저장장치 등이 있다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시 예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (6)

1. 모터의 축에 위치한 자석에 대향하여 위치한 MR센서를 통해 상기 모터의 제1 회전각도를 파악하는 단계;
   상기 모터에 공급되는 전류의 위상을 기초로 모터의 제2 회전각도를 파악하는 단계;
   상기 제1 회전각도와 상기 제2 회전각도의 차이를 기초로 보상각도를 파악하는 단계; 및
   상기 보상각도를 이용하여 상기 모터의 회전각도를 제어하는 단계;를 포함하고,
   상기 제1 회전각도는 상기 모터가 조립된 시점을 기준으로 모터가 회전한 상대적인 회전각도이고,
   상기 제2 회전각도는 모터 축이 기준각도를 기준으로 얼마만큼 회전하였는지를 나타내는 절대적인 회전각도이고,
   상기 보상각도를 파악하는 단계는, 기 정의된 주기 또는 기 정의된 조건에 해당하는 경우에 수행되고,
   상기 제어하는 단계는, 상기 제1 회전각도와 상기 보상각도의 차이를 이용하여 상기 모터의 회전각도를 제어하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로하는 모터제어방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 보상각도를 파악하는 단계는,
   온도센서를 통해 파악한 상기 모터의 온도에 따른 보상각도를 파악하여 저장하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터제어방법.
3. 제 1항에 있어서, 상기 제2 회전각도를 파악하는 단계는,
   상기 모터의 션트저항을 통해 측정한 3상 전류의 위상차를 이용하여 상기 제2 회전각도를 파악하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터제어방법.
4. 모터의 축에 위치한 자석과 대향하여 위치한 MR센서;
   상기 MR센서를 통해 파악한 상기 모터의 제1 회전각도와 상기 모터에 공급되는 전류의 위상을 기초로 파악한 상기 모터의 제2 회전각도를 비교하여 보상각도를 파악하는 각도보상부; 및
   상기 보상각도를 이용하여 상기 모터의 회전각도를 제어하는 모터제어부;를 포함하고,
   상기 제1 회전각도는 상기 모터가 조립된 시점을 기준으로 모터가 회전한 상대적인 회전각도이고,
   상기 제2 회전각도는 모터 축이 기준각도를 기준으로 얼마만큼 회전하였는지를 나타내는 절대적인 회전각도이고,
   상기 각도보상부는, 기 정의된 주기 또는 기 정의된 조건에 해당하는 경우에 상기 보상각도를 파악하고,
   상기 모터제어부는, 상기 제1 회전각도와 상기 보상각도의 차이를 이용하여 상기 모터의 회전각도를 제어하는 것을 특징으로 하는 모터제어장치.
5. 제 4항에 있어서,
   상기 모터의 온도를 측정하는 온도센서;를 더 포함하고,
   상기 각도보상부는 상기 온도에 따른 보상각도를 파악하여 저장하는 것을 특징으로 하는 모터제어장치.
6. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 기재된 방법을 수행하기 위한 컴퓨터 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.

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