KR20080058074A - 모터의 제어장치 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 모터의 제어장치 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 클럭회로에 오차가 발생하는지 여부에 관계없이 모터의 속도를 항상 정확하게 제어할 수 있는 모터의 제어장치 및 그 방법에 관한 것이다.

이를 위하여 본 발명에 따른 모터의 제어장치 및 그 방법은 입력된 속도신호에 따라 모터를 구동하고, 구동된 모터의 구동파형을 검출하며, 검출된 구동파형을 상기 속도신호에 동기시켜 모터의 속도를 제어함으로써 사용 조건이나 장시간 사용으로 인하여 발생되는 클럭회로의 시간측정 오차에 관계없이 모터의 속도를 항상 정확하게 제어할 수 있다.

Description

모터의 제어장치 및 그 방법{Apparatus and Method for Controlling Motor}

도1은 본 발명의 일실시예에 따른 모터의 제어장치를 나타낸 블럭도이다.

도2는 본 발명의 일실시예에 따라 외부에서 입력되는 모터의 속도신호와 이에 동기된 모터의 구동파형을 나타낸 도면이다.

도3은 본 발명의 일실시예에 따른 모터의 제어방법을 나타낸 흐름도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호 설명*

100: 제어부 110: 외부 속도신호 입력부

120: 메모리 130: 클럭회로(clock circuit)

140: 모터구동부 160: 모터구동파형 검출부

본 발명은 모터의 제어장치 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 클럭회로에 오차가 발생하는지 여부에 관계없이 모터의 속도를 항상 정확하게 제어할 수 있는 모터의 제어장치 및 그 방법에 관한 것이다.

일반적으로, BLDC 모터와 같이 속도를 제어할 수 있는 모터의 속도제어는, 외부로부터 상기 모터의 속도를 지정하기 위한 속도신호가 입력되면 모터를 제어하 는 마이컴이 그에 대응하는 제어신호를 출력하고, 출력된 제어신호에 의해 구동되는 모터의 현재 속도를 검출하여 상기 속도신호와의 오차를 구하고, 상기 오차를 마이컴에 피드백(feedback)하여 상기 마이컴이 속도오차를 보상하도록 모터의 입력을 조정함으로써 이루어진다.

이때, 외부에서 입력되는 속도신호는 여러 가지 형태로 구현될 수 있으나, 가전제품과 같이 저가의 모터 구동장치를 사용하는 경우에는 모터의 회전속도에 비례하는 주기적 신호를 사용하는 방식이 주로 사용되고 있다.

따라서, 이러한 경우에는 입력되는 속도신호의 주기측정, 상기 신호에 대응하는 모터구동신호의 생성 및 모터의 속도를 검출하여 상기 속도신호와의 오차를 구하기 위하여 시간을 측정하기 위한 수단이 모터제어장치에 필수적으로 구비되어야 한다.

이를 위하여 근래에 개발된 마이컴의 경우 시간을 측정하기 위한 수단으로 클럭회로(clock circuit)를 내장하고 있는 것이 일반적이지만, 상기 내장형 클럭회로의 경우 마이컴의 구동전압 및 동작온도에 따라서 오차가 심하기 때문에 입력된 속도신호의 주파수가 다르게 계산되어 정확한 속도제어가 이루어지지 않으므로 불필요한 전력소모나 소음 또는 진동을 발생시키는 문제점이 있다.

따라서, 이를 해결하기 위하여 최근에는 모터의 제어장치에 시간 측정을 위한 수단을 별도로 구비하여 정확한 속도제어를 하고 있으나, 이러한 경우에도 전술한 바와 같이 저가의 모터 구동장치를 필요로 하는 가전제품 등에서는 재료비가 상승하게 되고 클럭회로가 노후되어 정밀도가 저하될 경우 내장형 클럭회로와 동일한 문제가 발생된다는 단점이 있다.

본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 사용 조건이나 장시간 사용으로 인하여 발생되는 클럭회로의 시간측정 오차에 관계없이 모터의 속도를 항상 정확하게 제어할 수 있는 모터의 제어장치 및 그 방법을 제공하는데 있다.

전술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 모터의 속도를 지정하는 속도신호가 주기적 신호로 입력되는 모터제어장치에 있어서, 상기 모터의 구동파형을 검출하기 위한 구동파형 검출부, 상기 속도신호와 구동파형의 주기를 측정하기 위한 클럭회로부 및 상기 입력된 속도신호에 따라 모터를 구동한 후, 상기 클럭회로부에서 측정된 속도신호와 구동파형의 주기를 이용하여 상기 구동파형 검출부에서 검출된 구동파형을 속도신호에 동기시켜 모터의 속도를 제어하는 제어부를 포함하는 모터제어장치를 특징으로 한다.

또한, 상기 속도신호는 그 주파수가 모터의 속도에 비례하는 펄스신호인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 구동파형 검출부는 모터에 입력되는 전류파형 또는 전압파형 중 어느 하나를 검출하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 클럭회로부는 제어부에 포함되어 있는 내장형인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제어부는 모터의 회전수를 기준으로 상기 모터의 속도신호와 구동파형을 동기시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제어부는, 클럭회로부에서 측정된 상기 모터가 제1회전수일 때 속도신호의 주기수에 해당하는 제1시간과 구동파형의 주기수에 해당하는 제2시간의 대소를 판단하고, 판단결과에 따라 상기 모터의 속도를 제어하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제어부는 제1시간이 큰 경우이면 모터의 속도를 감소시키고, 제2시간이 큰 경우이면 모터의 속도를 증가시키며, 제1시간과 제2시간이 동일한 경우이면 현재의 모터 속도를 유지하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 모터의 속도를 지정하는 속도신호가 주기적 신호로 입력되는 모터제어장치의 제어방법에 있어서, 상기 입력된 속도신호에 따라 모터를 구동하는 제1단계, 상기 제1단계에서 구동된 모터의 구동파형을 검출하는 제2단계, 상기 제2단계에서 검출된 구동파형을 상기 속도신호에 동기시켜 모터의 속도를 제어하는 제3단계로 이루어지는 모터제어장치의 제어방법을 특징으로 한다.

또한, 상기 속도신호는 그 주파수가 모터의 속도에 비례하는 펄스신호인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제2단계의 구동파형은 모터에 입력되는 전류파형 또는 전압파형 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제3단계에서 모터의 회전수를 기준으로 상기 모터의 속도신호와 구동파형을 동기시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제3단계는 모터의 제1회전수에 대응하는 속도신호의 주기수에 해당하는 제1시간과 상기 제1회전수에 대응하는 구동파형의 주기수에 해당하는 제2시간을 측정하는 제4단계와, 상기 제4단계에서 측정된 제1시간과 제2시간의 대소를 판단하고, 판단결과에 따라 상기 모터의 속도를 제어하는 제5단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제5단계에서 제1시간이 큰 경우이면 모터의 속도를 감소시키고, 제2시간이 큰 경우이면 모터의 속도를 증가시키며, 제1시간과 제2시간이 동일한 경우이면 현재의 모터 속도를 유지하는 것을 특징으로 한다.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도1은 본 발명의 일실시예에 따른 모터의 제어장치를 나타낸 블럭도이며, 본 실시예에서는 인버터 회로에 의해 구동되는 3상 4극 BLDC모터를 예로서 설명한다.

모터(150)의 속도를 지정하기 위한 속도신호가 외부 속도신호 입력부(110)에 입력되면, 제어부(100)는 이에 따라 모터(150)를 구동하기 위한 제어신호를 모터구동부(140)에 전달한다.

이때, 외부 속도신호 입력부(110)에 입력되는 속도신호는 아래 식[1]과 같이 모터(150)의 회전속도(V)에 비례하는 주파수(f1)를 가지는 주기적 신호로 입력되는데, 일반적으로 펄스(pulse) 신호의 형태로 입력된다.

f1 = k * V ....... [1]

예를 들면, 모터(150)를 50RPS(Revolutions Per Second)의 속도로 회전시키 고자 하고, 비례상수 k가 10인 경우에 속도신호는 500Hz의 주파수를 가지는 펄스신호로 입력된다.

또한, 상기 속도신호는 외부 신호발생부(미도시)에서 입력되는 것으로, 상기 신호발생부의 일예로서는 냉장고 내부의 온도를 제어하는 냉장고제어부가 이에 해당한다. 즉, 고내 온도가 설정온도 이상인 경우이면 냉장고제어부는 압축기를 구동하는 모터(150)의 속도를 설정속도 만큼 증가시키기 위한 속도신호를 외부 속도신호 입력부(110)에 전달하게 된다.

또한, 본 실시예에서 모터구동부(140)는 통상의 인버터 회로에서 인버터 구동부가 이에 해당하고, 제어신호는 통상의 인버터 회로에서 복수 스위칭소자의 동작을 제어하기 위한 PWM 신호가 이에 해당한다.

한편, 제어부(100)는 속도신호가 입력되면 클럭회로(130)를 이용하여 속도신호의 주기 T1(=1/f1)을 측정함으로써 모터(150)의 목표 회전속도(V)를 인식하고, 인식된 회전속도(V)로 모터(150)를 구동하기 위한 제어신호를 메모리(120)에 저장된 정보를 이용하여 생성한다.

이때, 클럭회로(130)는 시간을 측정하기 위한 것으로 크리스탈을 사용하는 방식, 세라믹 공진기(resonator)를 사용하는 방식 또는 RC발진회로를 사용하는 방식 등 공지된 방식 중 어느 하나에 의하여 바람직하게 구현될 수 있으며, 본 실시예에서는 별도의 외부 클럭회로(130)를 사용하나 전술한 바와 같이 재료비 저감을 위해 통상의 마이컴인 제어부(100)의 내부에 구비된 내장형 클럭회로(130)를 사용할 수 있음은 물론이다.

한편, 모터구동부(140)는 전달받은 제어신호에 따라 모터(150)를 구동하며, 모터(150)가 구동되면 모터구동파형 검출부(160)는 모터(150)의 구동파형을 검출하여 제어부(100)에 전달한다.

제어부(100)는 클럭회로(130)를 이용하여 전달받은 구동파형의 주기 T2(=1/f2)를 측정하고, 이를 기초로 모터(150)의 속도를 제어한다.

이때, 모터(150)의 구동파형은 모터(150)에 입력되는 상전류 또는 상전압 중 어느 하나이고, 구동파형의 검출장치 및 방법은 공지된 방식 중 어느 하나에 의해 바람직하게 구현될 수 있으므로 상세한 설명을 생략한다.

도2는 본 발명의 일실시예에 따라 외부에서 입력되는 모터(150)의 속도신호와 구동파형을 나타낸 그래프로서, 모터(150)의 1회전을 기준으로 서로 동기되어 있는 상태, 즉 모터의 회전속도가 정확히 제어된 경우를 나타낸다.

모터(150)의 기계적 회전수는 모터(150)의 전기적 회전수와 아래 식[2]의 관계에 있기 때문에, 기계적 회전과 관계되는 모터(150)의 회전속도(V)와 전기적 회전과 관계되는 모터의 구동파형의 주파수(f2)는 아래 식[3]의 관계에 있다. 이때, N은 모터의 극수를 나타낸다.

모터의 전기적 회전수 = (N/2) * 모터의 기계적 회전수 ...... [2]

f2 = (N/2) * V ......... [3]

따라서, 식[1]과 식[3]를 V에 대해서 정리하고, 주파수를 주기로 나타내면 아래 식[4]를 얻을 수 있다.

T1 = { N / (2 * k) } * T2 ...... [4]

전술한 예와 같이 비례상수 k가 10이고, 본 실시예에서 3상 4극 모터를 적용한 경우에 속도신호의 주기(T1)와 구동파형의 주기(T2)는 식[5]와 같다.

5 * T1 = T2 ........ [5]

이때, 모터(150)의 구동파형이 2주기일 때 모터(150)의 기계적 1회전이 이루어지므로, 도2에 나타난 바와 같이 주어진 속도신호에 정확하게 속도제어가 된 경우일 때 모터(150)의 기계적 1회전이 이루어지는 시점은 각각 속도신호의 10주기와 구동파형의 2주기와 정확히 동기된다.

본 발명은 이를 이용하는 것으로, 클럭회로(130)가 오차를 가지고 있는 경우 클럭회로(130)에서 측정하는 절대시간을 기준으로 속도제어를 하는 것이 아니라, 모터(150)의 회전수를 기준으로 하여 속도신호와 구동파형이 동기되는지 여부로 속도오차를 판단하고 속도제어를 하기 때문에 클럭회로(130)의 오차에 불구하고 속도신호와 구동파형이 서로 동기만 되면 제어하고자 하는 모터(150) 속도와 실제 모터(150) 속도는 정확히 일치하게 된다.

따라서, 본 실시예에 따른 제어방식으로 모터(150)의 속도제어를 할 경우 별도로 구비된 외부 클럭회로(130)을 사용하든 제어부(100)에 내장된 클럭회로(130)를 사용하든 클럭회로(130)에 발생되는 오차에 관계없이 항상 정확하게 모터(150)의 속도를 제어할 수 있고, 아울러 내장형 클럭회로(130)를 사용할 경우 외부 클럭회로(130)의 설치에 따른 재료비 상승도 방지할 수 있게 된다.

도3은 본 발명의 일실시예에 따른 모터의 제어방법을 나타낸 흐름도이다.

제어부(100)는 외부 속도신호 입력부(110)에 속도신호가 입력되었는지 여부 를 판단하여(S200), 입력된 경우이면 그에 따라 모터(150)를 구동하기 위한 제어신호인 모터구동신호를 모터구동부(140)에 출력하여 모터(150)를 구동한다(S210).

S210 단계가 완료되면, 제어부(100)는 클럭회로(130)를 이용하여 속도신호의 10주기에 해당하는 시간인 제1시간(t1)을 측정한다(S220).

이때, S220 단계에서 제어부(100)는 S200 단계에서 속도신호 입력시 측정된 속도신호의 주기(T1)를 10배하여 구할 수 있다.

S220 단계가 완료되면, 제어부(100)는 모터구동파형 검출부(160)에서 검출된 구동파형의 2주기에 해당하는 시간인 제2시간(t2)을 측정한다(S230,S240).

이때, S240 단계에서 제어부(100)는 S230 단계에서 측정된 구동파형의 주기(T2)를 2배하여 구할 수 있다.

S240 단계가 완료되면, 제어부(100)는 제1시간(t1)과 제2시간(t2)의 대소를 판단하여(S250), 제1시간이 큰 경우이면 모터(150)의 속도가 속도신호에 대응하는 목표속도보다 빠르다고 판단하여 모터(150)의 입력을 감소시킨다(S270).

S270 단계가 완료되면, 제어부(100)는 조정된 모터(150) 입력에 따른 모터구동신호를 생성하여 모터구동부(140)에 출력함으로써 모터(150)를 구동한다(S300).

한편, S250 단계에서 제1시간(t1)이 제2시간(t2)보다 크지 않은 경우이면 제어부(100)는 제1시간(t1)과 제2시간(t2)이 서로 동일한지 여부를 판단하여(S260), 제2시간(t2)이 큰 경우이면 모터(150)의 속도가 목표속도보다 느리다고 판단하여 모터(150)의 입력을 증가시키고 S300 단계를 수행한다(S280).

S260 단계에서 제1시간(t1)과 제2시간(t2)이 서로 동일한 경우, 제어부(100) 는 모터(150)가 목표속도로 회전하고 있다고 판단하여 현재 모터(150)의 입력을 유지하고 S300 단계를 수행한다(S290).

S300 단계가 완료되면 제어부(100)는 모터의 정지신호가 입력되었는지 여부를 판단하여(S310), 입력된 경우이면 제어를 종료하고 입력되지 않은 경우이면 S200 단계로 리턴한다.

한편, S200 단계에서 속도신호가 입력되지 않은 경우이면 제어부(100)는 S230 단계를 수행한다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 모터의 제어장치 및 그 방법은 입력된 속도신호에 따라 모터를 구동하고, 구동된 모터의 구동파형을 검출하며, 검출된 구동파형을 상기 속도신호에 동기시켜 모터의 속도를 제어함으로써 사용 조건이나 장시간 사용으로 인하여 발생되는 클럭회로의 시간측정 오차에 관계없이 모터의 속도를 항상 정확하게 제어할 수 있다.

Claims (13)

1. 모터의 속도를 지정하는 속도신호가 주기적 신호로 입력되는 모터제어장치에 있어서,

   상기 모터의 구동파형을 검출하기 위한 구동파형 검출부;

   상기 속도신호와 구동파형의 주기를 측정하기 위한 클럭회로부; 및

   상기 입력된 속도신호에 따라 모터를 구동한 후, 상기 클럭회로부에서 측정된 속도신호와 구동파형의 주기를 이용하여 상기 구동파형 검출부에서 검출된 구동파형을 속도신호에 동기시켜 모터의 속도를 제어하는 제어부를 포함하는 모터제어장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 속도신호는 그 주파수가 모터의 속도에 비례하는 펄스신호인 모터제어장치.
3. 제2항에 있어서,

   상기 구동파형 검출부는 모터에 입력되는 전류파형 또는 전압파형 중 어느 하나를 검출하는 모터제어장치.
4. 제3항에 있어서,

   상기 클럭회로부는 제어부에 포함되어 있는 내장형인 모터제어장치.
5. 제4항에 있어서,

   상기 제어부는 모터의 회전수를 기준으로 상기 모터의 속도신호와 구동파형을 동기시키는 모터제어장치.
6. 제5항에 있어서,

   상기 제어부는, 클럭회로부에서 측정된 상기 모터가 제1회전수일 때 속도신호의 주기수에 해당하는 제1시간과 구동파형의 주기수에 해당하는 제2시간의 대소를 판단하고, 판단결과에 따라 상기 모터의 속도를 제어하는 모터제어장치.
7. 제6항에 있어서,

   상기 제어부는 제1시간이 큰 경우이면 모터의 속도를 감소시키고, 제2시간이 큰 경우이면 모터의 속도를 증가시키며, 제1시간과 제2시간이 동일한 경우이면 현재의 모터 속도를 유지하는 모터제어장치.
8. 모터의 속도를 지정하는 속도신호가 주기적 신호로 입력되는 모터제어장치의 제어방법에 있어서,

   상기 입력된 속도신호에 따라 모터를 구동하는 제1단계;

   상기 제1단계에서 구동된 모터의 구동파형을 검출하는 제2단계;

   상기 제2단계에서 검출된 구동파형을 상기 속도신호에 동기시켜 모터의 속도를 제어하는 제3단계로 이루어지는 모터제어장치의 제어방법.
9. 제8항에 있어서,

   상기 속도신호는 그 주파수가 모터의 속도에 비례하는 펄스신호인 모터제어장치의 제어방법.
10. 제9항에 있어서,

    상기 제2단계의 구동파형은 모터에 입력되는 전류파형 또는 전압파형 중 어느 하나인 모터제어장치의 제어방법.
11. 제10항에 있어서,

    상기 제3단계에서 모터의 회전수를 기준으로 상기 모터의 속도신호와 구동파형을 동기시키는 모터제어장치의 제어방법.
12. 제11항에 있어서,

    상기 제3단계는 모터의 제1회전수에 대응하는 속도신호의 주기수에 해당하는 제1시간과 상기 제1회전수에 대응하는 구동파형의 주기수에 해당하는 제2시간을 측정하는 제4단계와,

    상기 제4단계에서 측정된 제1시간과 제2시간의 대소를 판단하고, 판단결과에 따라 상기 모터의 속도를 제어하는 제5단계로 이루어지는 모터제어장치의 제어방법.
13. 제12항에 있어서,

    상기 제5단계에서 제1시간이 큰 경우이면 모터의 속도를 감소시키고, 제2시간이 큰 경우이면 모터의 속도를 증가시키며, 제1시간과 제2시간이 동일한 경우이면 현재의 모터 속도를 유지하는 모터제어장치의 제어방법.

Images