KR20100003027A - 공기청정기에 구비된 ｂｌｄｃ 모터의 홀 센서 고장감지시스템 및 방법 - Google Patents

공기청정기에 구비된 ｂｌｄｃ 모터의 홀 센서 고장감지시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 측면은 공기청정기에 구비된 BLDC(Brushless Direct Current) 모터의 홀 센서 고장감지 시스템 및 방법에 관한 것으로, 특히 공기청정기에 구비된 BLDC 모터가 발생시키는 펄스신호를 이용하여 홀 센서의 고장 여부를 감지하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
본 발명의 공기청정기에 구비된 BLDC 모터의 홀 센서 고장감지시스템은, 공기청정기에 구비된 BLDC 모터가 발생시키는 펄스신호를 감지하는 펄스신호 감지부; 상기 펄스신호에서 특정한 상승 에지가 발생한 이후로 최초의 하강 에지가 발생하기까지의 시간과, 상기 특정한 상승 에지가 발생한 이후로 최초의 상승 에지가 발생하기까지의 시간을 체크하는 시간 체크부; 상기 특정한 상승 에지가 발생한 이후로 상기 최초의 하강 에지가 발생하기까지의 시간을, 상기 특정한 상승 에지가 발생한 이후로 상기 최초의 상승 에지가 발생하기까지의 시간으로 나눈 듀티비를 계산하는 듀티비 계산부; 및 상기 계산된 듀티비가 기 설정된 듀티비보다 큰 경우에, 상기 BLDC 모터에 구비된 복수의 홀 센서 중의 하나의 홀 센서에 고장이 발생한 것으로 판단하는 고장 판단부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
공기청정기, 홀 센서, BLDC 모터, 고장감지, 듀티비

Description

공기청정기에 구비된 ＢＬＤＣ 모터의 홀 센서 고장감지 시스템 및 방법 {System and method for sensing fault of brushless direct current motor hall sensor of air cleaner}
본 발명의 일 측면은 공기청정기에 구비된 BLDC(Brushless Direct Current) 모터의 홀 센서 고장감지 시스템 및 방법에 관한 것으로, 특히 공기청정기에 구비된 BLDC 모터가 발생시키는 펄스신호를 이용하여 홀 센서의 고장 여부를 감지하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 공기청정기는 실내의 공기에 포함된 각종 먼지 및 세균을 제거하거나, 담배 냄새 및 땀 냄새 등을 탈취하여 실내공기를 정화하는 장치이다.
이러한 공기청정기는 통상적으로 오염된 공기를 팬으로 흡입하고 필터에 의해 0.03
Figure 112008047350786-PAT00001
정도까지의 미세한 먼지나 세균 등을 집진하여 제거하도록 이루어지며, 실내공기의 오염에 의해 감소된 음이온을 발생시켜 쾌적한 실내환경을 제공한다.
도 1은 종래의 공기 청정기에 구비된 BLDC 모터 구동시스템의 구성도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 전원부(20)는 SMPS(Switching Mode Power Supply) 등으로 구성되어 상용전원인 교류전압을 직류전압으로 변환시키고, 스위칭 소자 구동부(40)는 전원부(20)에서 변환된 직류전압을 인가받아 스위칭 제어신호를 발생시킨다. 그리고, 스위칭 소자(50)는 스위칭 제어신호에 따라 전원부(20)에서 인가받은 직류전압을 3상 전압으로 변환시켜 BLDC(Brushless Direct Current Motor) 모터 (10)에 인가한다.
3상 전압에 의해 BLDC 모터(10)의 권선(미도시)은 자기장을 발생시켜 BLDC 모터(10)의 회전자(미도시)가 회전하게 된다. BLDC 모터(10)의 회전자가 회전함으로써 압축기(미도시)가 구동된다.
BLDC 모터(10)의 회전자가 회전함에 따라 권선에는 역기전력이 출력되는데, 역기전력 검지부(70)는 이러한 역기전력을 검출하여 마이콤(60)으로 인가한다. 이 역기전력의 검출에 따라 마이콤(60)은 BLDC 모터(10)가 정확히 동작하게 스위칭 소자 구동부(40)를 제어한다.
전원부(20)에서 변환된 직류전압은 고압 발생부(30)에 공급되어 고압이 발생되는데, 집진필터(80)는 고압 발생부(30)로부터 입력되는 고전압을 이용하여 집진을 행하게 된다. 그리고, 전원부(20)에서 변환된 직류전압은 마이콤(60)에 공급되어 마이콤(60)에서는 풍량조절, 오염도 표시, 타이머 정정, 음이온 발생 등의 기능을 하는데, 음이온 발생부(90)는 고압 발생부(30)와 같이 음(-)의 고전압을 유기시켜 그 출력을 음이온 발생침에 공급함에 따라 음이온을 유출한다.
BLDC 모터(10)에 인가되는 전압은 PWM(Pulse Width Modulation)파형으로서, 그 듀티비(duty ratio)가 크면 BLDC 모터(10)의 구동력이 강해지고, 듀티비가 작으면 BLDC 모터(10)의 구동력이 약해진다. BLDC 모터(10)의 구동회로는 PWM의 듀티비를 조절함으로써, BLDC 모터(10)의 회전속도를 조절한다.
BLDC 모터(10)의 내부에는 홀 센서(미도시)가 구비되어 있는데, 홀 센서는 브러시가 부착된 직류 모터와 같은 모양으로 전류의 방향을 직교시키기 위해 BLDC 모터(10)의 위치를 정확히 파악하여 그 신호에 의해 권선에 전류를 흐르게 하거나 차단하기도 한다.
그러나, 홀 센서에 고장이 발생하는 경우에, 고장이 발생한 사실을 신속히 알 수 없다. 따라서, 홀 센서의 고장 여부는 공기청정기를 분해하여 BLDC 모터(10)에 구비된 홀 센서의 고장 여부를 테스트해야만 하는 문제점이 있다.
본 발명의 일 측면은 공기청정기에 구비된 BLDC 모터의 홀 센서에 고장이 발생하는 경우에 이를 신속히 감지하여 알려주는 시스템 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 측면은, 공기청정기에 구비된 BLDC 모터가 발생시키는 펄스신호를 감지하는 펄스신호 감지부; 상기 펄스신호에서 특정한 상승 에지가 발생한 이후로 최초의 하강 에지가 발생하기까지의 시간과, 상기 특정한 상승 에지가 발생한 이후로 최초의 상승 에지가 발생하기까지의 시간을 체크하는 시간 체크부; 상기 특정한 상승 에지가 발생한 이후로 상기 최초의 하강 에지가 발생하기까지의 시간을, 상기 특정한 상승 에지가 발생한 이후로 상기 최초의 상승 에지가 발생하기까지의 시간으로 나눈 듀티비를 계산하는 듀티비 계산부; 및 상기 계산된 듀티비가 기 설정된 듀티비보다 큰 경우에, 상기 BLDC 모터에 구비된 복수의 홀 센서 중의 하나의 홀 센서에 고장이 발생한 것으로 판단하는 고장 판단부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기청정기에 구비된 BLDC 모터의 홀 센서 고장감지시스템을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 계산된 듀티비가 기 설정된 듀티비보다 큰 경우에, 상기 고장 판단부는 홀 센서의 고장을 알리는 메시지 또는 알람신호를 표시부에 출력하는 것을 특징으로 하는 공기청정기에 구비된 BLDC 모터의 홀 센서 고장감지시스템을 제공한다.
본 발명의 다른 실시예에서, 상기 기 설정된 듀티비는 55~60%인 것을 특징으로 하는 공기청정기에 구비된 BLDC 모터의 홀 센서 고장감지시스템을 제공한다.
본 발명의 다른 측면은, 공기청정기에 구비된 BLDC 모터가 발생시키는 펄스신호를 감지하는 단계; 상기 펄스신호에서 특정한 상승 에지가 발생한 이후로 최초의 하강 에지가 발생하기까지의 시간과, 상기 특정한 상승 에지가 발생한 이후로 최초의 상승 에지가 발생하기까지의 시간을 체크하는 단계; 상기 특정한 상승 에지가 발생한 이후로 상기 최초의 하강 에지가 발생하기까지의 시간을, 상기 특정한 상승 에지가 발생한 이후로 상기 최초의 상승 에지가 발생하기까지의 시간으로 나눈 듀티비를 계산하는 단계; 및 상기 계산된 듀티비가 기 설정된 듀티비보다 큰 경우에, 상기 BLDC 모터에 구비된 복수의 홀 센서 중의 하나의 홀 센서에 고장이 발생한 것으로 판단하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기청정기에 구비된 BLDC 모터의 홀 센서 고장감지방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 계산된 듀티비가 기 설정된 듀티비보다 큰 경우에, 홀 센서의 고장을 알리는 메시지 또는 알람신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 공기청정기에 구비된 BLDC 모터의 홀 센서 고장감지방법을 제공한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 공기청정기에 구비된 BLDC 모터의 홀 센서에 고장이 발생하는 경우에 이를 신속히 감지하여 알려주게 됨으로써, 공기청정기를 분해하여 홀 센서의 고장 여부를 테스트해야 할 필요가 없다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지의 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로만 한정되는 것은 아니다. 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.
도 2는 본 발명의 공기청정기에 구비된 BLDC 모터의 홀 센서 고장감지시스템의 구성도이고, 도 3은 도 2의 제어부의 구성도이다. 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 공기청정기에 구비된 BLDC 모터(500)의 홀 센서 고장감지시스템은 조작부 (100), 전원부(200), 제어부(300), 표시부(400)를 포함하고, 제어부(300)는 펄스 감지부(310), 시간 체크부(320), 듀티비 계산부(330), 고장 판단부(340)를 포함할 수 있다.
조작부(100)는 사용자로부터 원하는 운전정보(예를 들어, 자동운전 또는 수동운전)와 기타 조작신호를 입력받는다.
전원부(200)는 공기청정기에 전원을 공급하는데, 교류전원을 정류 및 평활시켜 직류전원으로 공급하는 정류부와, 정류부에서 공급되는 직류전원을 임의의 가변주파수를 갖는 펄스형태의 3상 교류전원으로 바꾸어 BLDC 모터에 공급하는 인버터로 구성될 수 있다.
펄스신호 감지부(310)는 공기청정기에 구비된 BLDC 모터(500)가 발생시키는 펄스신호를 감지한다.
시간 체크부(320)는 펄스신호에서 특정한 상승 에지(rising edge)가 발생한 이후로 최초의 하강 에지(falling edge)가 발생하기까지의 시간과, 특정한 상승 에지가 발생한 이후로 최초의 상승 에지가 발생하기까지의 시간을 체크한다.
듀티비 계산부(330)는 특정한 상승 에지가 발생한 이후로 최초의 하강 에지가 발생하기까지의 시간을, 특정한 상승 에지가 발생한 이후로 최초의 상승 에지가 발생하기까지의 시간으로 나눈 듀티비를 계산한다.
고장 판단부(340)는 계산된 듀티비가 기 설정된 듀티비보다 큰 경우에, BLDC 모터(500)에 구비된 복수의 홀 센서 중의 하나의 홀 센서에 고장이 발생한 것으로 판단한다. 계산된 듀티비가 기 설정된 듀티비보다 큰 경우에, 고장 판단부(340)는 홀 센서의 고장을 알리는 메시지 또는 알람신호를 표시부(400)에 출력한다. 기 설정된 듀티비는 55~60%이고, BLDC 모터(500)의 홀 센서가 고장인 경우에 듀티비는 약 67%이다. 약 67%의 듀티비는 BLDC 모터(500)의 홀 센서가 3개일 때 하나의 홀 센서에 고장이 발생한 경우의 듀티비이다.
표시부(400)는 고장 판단부(340)가 출력하는 메시지 또는 알람신호를 표시하여 사용자로 하여금 공기청정기에 구비된 BLDC 모터(500)의 홀 센서 중의 하나의 홀 센서에 고장이 발생한 사실을 알린다. 사용자는 메시지 또는 알람신호를 통하여 홀 센서의 고장사실을 알고 홀 센서가 정상적으로 동작할 수 있도록 조치를 취할 수 있다.
도 4는 본 발명의 공기청정기에 구비된 BLDC 모터의 홀 센서가 정상인 경우와 고장이 발생한 경우의 펄스신호를 비교한 그래프이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 공기청정기에 구비된 BLDC 모터의 홀 센서가 정상인 경우에는 (a)와 같은 펄스신호를 나타내고, 고장이 발생한 경우에는 (b)와 같은 펄스신호를 나타낸다. 여기서, 0~t12까지의 12개의 시간간격은 같은 간격을 나타낸다.
(a)에서는 시간(t)이 경과함에 따라 펄스신호에서 특정한 상승 에지가 발생한 이후로 최초의 하강 에지가 발생하기까지의 시간과, 특정한 하강 에지가 발생한 이후로 최초의 상승 에지가 발생하기까지의 시간이 같게 된다. 한 주기의 펄스신호를 예로 들면, t4~t5와 t5~t6은 같은 시간간격을 나타낸다. 이때, 듀티비(펄스신호의 상승 에지가 발생한 이후로 최초의 하강 에지가 발생하기까지의 시간을, 펄스주기로 나눈값)는 50%가 된다.
(b)에서는 t4에서 고장이 발생한 이후로 시간(t)이 경과함에 따라 특정한 상승 에지가 발생한 이후로 최초의 하강 에지가 발생하기까지의 시간이, 특정한 하강 에지가 발생한 이후로 최초의 상승 에지가 발생하기까지의 시간의 2배가 된다. 한 주기의 펄스신호를 예로 들면, t4~t6은 t6~t7의 2배의 시간간격을 나타낸다. 이때, 듀티비는 66%가 된다.
도 5는 본 발명의 공기청정기에 구비된 BLDC 모터의 홀 센서 고장감지방법의 흐름도이다. 도 5를 도 2 및 도 3과 함께 살펴보면, 공기청정기에 구비된 BLDC 모 터의 홀 센서 고장감지방법은 아래와 같다.
먼저, 펄스신호 감지부(310)가 공기청정기에 구비된 BLDC 모터가 발생시키는 펄스신호를 감지한다(S100).
이후에, 시간 체크부(320)가 펄스신호에서 특정한 상승 에지가 발생한 이후로 최초의 하강 에지가 발생하기까지의 시간과, 특정한 상승 에지가 발생한 이후로 최초의 상승 에지가 발생하기까지의 시간을 체크한다(S200).
이후에, 듀티비 계산부(330)가 특정한 상승 에지가 발생한 이후로 최초의 하강 에지가 발생하기까지의 시간을, 특정한 상승 에지가 발생한 이후로 최초의 상승 에지가 발생하기까지의 시간으로 나눈 듀티비를 계산한다(S300).
이후에, 고장 판단부(340)가 계산된 듀티비가 기 설정된 듀티비보다 큰 지를 판단하여(S400), 계산된 듀티비가 기 설정된 듀티비보다 큰 경우에 BLDC 모터에 구비된 복수의 홀 센서 중의 하나의 홀 센서에 고장이 발생한 것으로 판단하고, 홀 센서의 고장을 알리는 메시지 또는 알람신호를 출력한다(S500).
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되지 아니한다. 첨부된 청구범위에 의해 권리범위를 한정하고자 하며, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.
도 1은 종래의 공기 청정기에 구비된 BLDC 모터 구동시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 공기청정기에 구비된 BLDC 모터의 홀 센서 고장감지시스템의 구성도이다.
도 3은 도 2의 제어부의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 공기청정기에 구비된 BLDC 모터의 홀 센서가 정상인 경우와 고장이 발생한 경우의 펄스신호를 비교한 그래프이다.
도 5는 본 발명의 공기청정기에 구비된 BLDC 모터의 홀 센서 고장감지방법의 흐름도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 조작부 200 : 전원부
300 : 제어부 310 : 펄스신호 감지부
320 : 시간 체크부 330 : 듀티비 계산부
340 : 고장 판단부 400 : 표시부
500 : BLDC 모터

Claims (5)

  1. 공기청정기에 구비된 BLDC 모터가 발생시키는 펄스신호를 감지하는 펄스신호 감지부;
    상기 펄스신호에서 특정한 상승 에지가 발생한 이후로 최초의 하강 에지가 발생하기까지의 시간과, 상기 특정한 상승 에지가 발생한 이후로 최초의 상승 에지가 발생하기까지의 시간을 체크하는 시간 체크부;
    상기 특정한 상승 에지가 발생한 이후로 상기 최초의 하강 에지가 발생하기까지의 시간을, 상기 특정한 상승 에지가 발생한 이후로 상기 최초의 상승 에지가 발생하기까지의 시간으로 나눈 듀티비를 계산하는 듀티비 계산부; 및
    상기 계산된 듀티비가 기 설정된 듀티비보다 큰 경우에, 상기 BLDC 모터에 구비된 복수의 홀 센서 중의 하나의 홀 센서에 고장이 발생한 것으로 판단하는 고장 판단부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기청정기에 구비된 BLDC 모터의 홀 센서 고장감지시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 계산된 듀티비가 기 설정된 듀티비보다 큰 경우에, 상기 고장 판단부는 홀 센서의 고장을 알리는 메시지 또는 알람신호를 표시부에 출력하는 것을 특징으로 하는 공기청정기에 구비된 BLDC 모터의 홀 센서 고장감지시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 기 설정된 듀티비는 55~60%인 것을 특징으로 하는 공기청정기에 구비된 BLDC 모터의 홀 센서 고장감지시스템.
  4. 공기청정기에 구비된 BLDC 모터가 발생시키는 펄스신호를 감지하는 단계;
    상기 펄스신호에서 특정한 상승 에지가 발생한 이후로 최초의 하강 에지가 발생하기까지의 시간과, 상기 특정한 상승 에지가 발생한 이후로 최초의 상승 에지가 발생하기까지의 시간을 체크하는 단계;
    상기 특정한 상승 에지가 발생한 이후로 상기 최초의 하강 에지가 발생하기까지의 시간을, 상기 특정한 상승 에지가 발생한 이후로 상기 최초의 상승 에지가 발생하기까지의 시간으로 나눈 듀티비를 계산하는 단계; 및
    상기 계산된 듀티비가 기 설정된 듀티비보다 큰 경우에, 상기 BLDC 모터에 구비된 복수의 홀 센서 중의 하나의 홀 센서에 고장이 발생한 것으로 판단하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기청정기에 구비된 BLDC 모터의 홀 센서 고장감지방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 계산된 듀티비가 기 설정된 듀티비보다 큰 경우에, 홀 센서의 고장을 알리는 메시지 또는 알람신호를 출력하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공기청정기에 구비된 BLDC 모터의 홀 센서 고장감지방법.
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