KR20150064562A - 모터 구동 장치 및 모터 구동 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 역기전력 전압으로부터 인버터 또는 제어기를 보호하기 위한 보호 기능을 갖는 모터 구동 장치 및 모터 구동 방법에 관한 것으로, 구동 전원을 스위칭하여 모터를 구동시키는 적어도 하나의 인버터 암을 가지는 구동부; 상기 모터로부터의 역기전압을 충전부로 전달하는 전달 경로를 형성하는 제1 스위치부; 및 상기 구동부의 구동 라인과 상기 모터 사이에 위치하는 적어도 하나의 스위치를 구비하고, 상기 적어도 하나의 스위치는 사전에 설정된 주기로 턴 온 및 턴 오프하여 상기 모터로부터의 역기전압의 전압 레벨을 저감시키는 제2 스위치부를 포함하는 모터 구동 장치 및 모터 구동 방법을 제안한다.
Description
본 발명은 과전압 보호 기능이 있는 모터 구동 장치 및 모터 구동 방법에 관한 것이다.
최근들어, 모터(전동기) 및 이를 활용하는 전력 전자 분야의 기술이 비약적으로 발전됨에 따라 모터가 적용되는 시스템에 구성되는 모터의 사이즈가 점점 소형화되고 있다.
이러한 모터로는 영구자석 모터가 고효율, 고성능이며 단위 체적다아 출력 밀도가 매우 높아 소형 경량으로 제작하기에 유용할 수 있다.
그러나, 영구자석 모터로 60V 이하의 저압의 전원을 사용하는 시스템에 적용하는 경우, 6000rpm 이상 고속 구동시 영구자석 모터에서 발생되는 역기전력 전압이 전원 전압보다 훨씬 높아질 수 있기 때문에 유도형 모터, 권선형 동기 모터, 클로폴(claw pole)형 모터 등이 저압의 전원을 사용하는 시스템에 주로 사용될 수 있다.
즉, 영구자석 모터의 경우 인버터 및 제어기가 이상동작하는 경우 영구 자석에 의한 역기전력 전압이 그대로 인버터 또는 제어기에 유입되어 시스템 전체가 이상 동작하는 문제점이 있을 수 있다.
하기의 선행기술문헌에는 모터 구동 장치에 보호 기능 동작이 제안되었으나, 모터에서 발생되는 역기전력 전압으로부터 인버터 또는 제어기를 보호하기 위한 보호 기능은 기재되어 있지 않다.
본 발명의 과제는 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명은 역기전력 전압으로부터 인버터 또는 제어기를 보호하기 위한 보호 기능을 갖는 모터 구동 장치 및 모터 구동 방법을 제안한다.
상술한 본 발명의 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 하나의 기술적인 측면으로,
구동 전원을 스위칭하여 모터를 구동시키는 적어도 하나의 인버터 암을 가지는 구동부;
상기 모터로부터의 역기전압을 충전부로 전달하는 전달 경로를 형성하는 제1 스위치부;
상기 구동부의 구동 라인과 상기 모터 사이에 위치하는 적어도 하나의 스위치를 구비하고, 상기 적어도 하나의 스위치는 사전에 설정된 주기로 턴 온 및 턴 오프하여 상기 모터로부터의 역기전압의 전압 레벨을 저감시키는 제2 스위치부를 포함하는 모터 구동 장치를 제안한다.
본 발명의 하나의 기술적인 측면에 따르면, 상기 구동부는 3상 인버터 암을 가질 수 있다.
본 발명의 하나의 기술적인 측면에 따르면, 상기 제2 스위치부는 상기 구동부로부터의 3상 구동 라인 중 2상의 구동 라인에 각각 위치하는 제1 스위치 및 제2 스위치를 구비할 수 있다.
본 발명의 하나의 기술적인 측면에 따르면, 상기 제1 스위치 및 제2 스위치는 상기 모터로부터 역기전압이 발생하면 사전에 설정된 시간 동안 사전에 설정된 주기로 턴 온 및 턴 오프하며,
상기 사전에 설정된 시간 이후 상기 제1 스위치 및 제2 스위치는 턴 오프할 수 있다.
본 발명의 하나의 기술적인 측면에 따르면, 상기 제1 스위치 및 제2 스위치는 상기 제1 스위치부의 전달 경로 형성 후 상기 모터로부터의 역기전압의 전압 레벨이 사전에 설정된 기준 전압 레벨 이상이면 상기 사전에 설정된 시간 동안 상기 사전에 설정된 주기로 턴 온 및 턴 오프를 반복하여 상기 모터로부터의 역기전압의 전압 레벨을 저감시킬 수 있다.
본 발명의 하나의 기술적인 측면에 따르면, 상기 모터는 영구 자석 모터일 수 있다.
본 발명의 하나의 기술적인 측면에 따르면, 상기 제1 스위치부는 상기 모터로부터 역기전압이 발생하면 턴 온하여 상기 역기전압이 상기 충전부로 전달되는 전달 경로를 형성하고,
상기 제2 스위치부는 상기 역기전압의 전압 레벨이 사전에 설정된 기준 전압 이상이면 턴 온 및 턴 오프를 반복하여 상기 역기전압의 전압 레벨을 저감시킬 수 있다.
본 발명의 하나의 기술적인 측면에 따르면, 상기 제2 스위치부는 상기 역기전압의 전압 레벨이 사전에 설정된 시간 동안 상기 기준 전압 이상이면 턴 오프되어 상기 역기전압의 전달을 차단시킬 수 있다.
상술한 본 발명의 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 다른 하나의 기술적인 측면으로,
모터로부터 역기전압이 발생하면 턴 온하여 상기 역기전압이 전원을 충전하는 충전부로 전달되는 전달 경로를 형성하는 제1 보호 단계; 및
상기 역기전압의 전압 레벨이 사전에 설정된 기준 전압 이상이면, 모터를 구동시키는 구동부의 구동 라인과 상기 모터 사이에 위치하는 적어도 하나의 스위치를 사전에 설정된 주기로 턴 온 및 턴 오프를 반복하여 상기 역기전압의 전압 레벨을 저감시키는 제2 보호 단계를 포함하는 모터 구동 방법을 제안한다.
본 발명의 다른 하나의 기술적인 측면에 따르면, 상기 제2 보호 단계에서 사전에 설정된 시간 동안 상기 적어도 하나의 스위치를 사전에 설정된 주기로 턴 온 및 턴 오프를 반복한 후 상기 역기전압의 전압 레벨이 사전에 설정된 기준 전압 이상이면 상기 적어도 하나의 스위치를 턴 오프 유지시키는 제3 보호 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 하나의 기술적인 측면에 따르면, 상기 모터는 3상 영구 자석 모터일 수 있다.
본 발명의 하나의 기술적인 측면에 따르면, 상기 제2 보호 단계는 상기 모터를 구동시키는 구동 신호를 상기 모터에 전달하는 3상 구동 라인 중 2상의 구동 라인의 신호 전달 경로를 턴 온 및 턴 오프시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 인버터의 이상 동작시 모터로부터 유입되는 역기전력 전압으로부터 인버터 또는 제어기를 보호할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 모터 구동 장치를 개략적으로 나타내는 회로도.
도 2는 본 발명의 모터 구동 장치의 제1 스위치부의 동작을 개략적으로 나타내는 회로도.
도 3은 본 발명의 모터 구동 방법을 개략적으로 나타내는 동작 흐름도.
도 4는 모터로부터 인가되는 역기전압을 나타내는 그래프.
도 5는 본 발명의 모터 구동 장치의 제2 스위치부에 의해 역기전압의 전압 레벨이 저감되는 것을 나타내는 그래프.
도 2는 본 발명의 모터 구동 장치의 제1 스위치부의 동작을 개략적으로 나타내는 회로도.
도 3은 본 발명의 모터 구동 방법을 개략적으로 나타내는 동작 흐름도.
도 4는 모터로부터 인가되는 역기전압을 나타내는 그래프.
도 5는 본 발명의 모터 구동 장치의 제2 스위치부에 의해 역기전압의 전압 레벨이 저감되는 것을 나타내는 그래프.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
다만, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다라고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 또는 유사한 부호를 사용한다.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 '연결'되어 있다고 할 때는 이는 '직접적으로 연결'되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 '간접적으로 연결'되어 있는 경우도 포함한다.
또한, 어떤 구성요소를 포함한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 모터 구동 장치를 개략적으로 나타내는 회로도이고, 도 2는 본 발명의 모터 구동 장치의 제1 스위치부의 동작을 개략적으로 나타내는 회로도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 모터 구동 장치(100)는 구동부(110), 제1 스위치부(120) 및 제2 스위치부(130)를 포함할 수 있다.
구동부(110)는 적어도 하나의 인버터 암을 가질 수 있으며, 상기 적어도 하나의 인버터 암은 둘의 스위치가 직렬 연결될 수 있으며, 상기 둘의 스위치의 연결점으로부터 모터까지 구동 라인이 형성되어 모터를 구동시키는 구동 신호가 전달될 수 있다.
본 발명의 일 실시예로, 구동부(110)는 3상 인버터 암(111,112,113)을 가질 수 있으며, 제1 인버터 암(111), 제2 인버터 암(112) 및 제3 인버터 암(113) 각각은 구동 전원이 인가되는 양단 사이에 직렬 연결된 둘의 구동 스위치(S1,S4),(S2,S5),(S3,S6)를 구비할 수 있다.
먼저, 모터는 외부로부터 구동 전원을 공급받아 펄스 폭 변조 신호에 따라 회전 동작을 수행할 수 있다.
예를 들어, 구동부(110)로부터 제공되는 구동 전류에 의하여, 모터의 각 코일에 자기장이 발생될 수 있다.
이러한 코일들에서 발생하는 자기장에 의해 모터에 구비된 회전자가 회전할 수 있다.
구동부(110)는 모터에 펄스 폭 변조 신호를 제공하여 모터의 구동을 제어할 수 있다.
구동부(110)는 모터의 역기전력(Back Electromotive Force)의 영교차(Zoro-Crossing) 시점을 검출하여 모터(M)의 상 전환 시점을 결정할 수 있다.
또한, 구동부(110)는 상 전환 시점이 반영된 펄스 폭 변조 신호를 모터에 제공하여 모터의 구동을 제어할 수 있다.
구동부(110)는 펄스 폭 변조 신호에 따라 직류 전압을 단상 또는 복수 상(예컨대, 3상 내지 4상) 전압으로 변환하여 모터(M)의 코일(상기 복수의 상에 대응)들에 각각 인가하여 자기장을 발생시키도록 할 수 있다.
구동부(110)는 단상 전압 또는 복수의 상에 순차적으로 상 전압을 인가함으로써, 모터의 회전자가 회전하도록 할 수 있다.
예를 들어, 모터의 고정자는 극성을 가지는 영구자석이고, 회전자는 3개의 코일을 가졌다고 하면, 구동부(110)는 제1 인버터 암(111), 제2 인버터 암(112) 및 제3 인버터 암(113)를 구비하고, 제1 내지 제3 인버터 암(111,112,113)으로부터의 구동 라인을 통해 회전자의 3개의 코일(3상)에 순차적으로 상 전압을 인가하여 자기장을 발생시킬 수 있다.
따라서, 발생한 자기장에 의하여 회전자는 소정의 극성을 가지게 되고 또한 각 상마다 순차적으로 극성을 가지게 되므로, 회전자는 고정자를 중심으로 회전을 수행하게 되는 것이다.
한편, 외부 충격 또는 고장 등으로 인하여 모터의 기동이 실패하여 구동부(110)가 정상 동작하지 않을 수 있고, 이때 모터는 계속 회전하고 있어서 모터로부터 발생된 역기전압이 구동부(110)나 또는 구동부(110)의 제1 내지 제3 인버터 암(111,112,113)에 펄스 폭 변조 신호를 제공하는 제어기(미도시) 등에 인가될 수 있다.
이를 위해, 제1 스위치부(120)는 스위치(S7)를 구비할 수 있고, 스위치(S7)는 직류 전원을 충전할 수 있는 충전부(140)와 구동부(110) 사이에 위치하여, 도 2에 도시된 화살표와 같이 스위치(S7)는 턴 온하여 모터로부터 발생된 역기전압이 충전부(140)로 인가되도록 전달 경로를 형성할 수 있다.
더하여, 제2 스위치부(130)는 적어도 하나의 스위치를 구비할 수 있고, 상기 적어도 하나의 스위치는 구동부의 인버터 암과 모터 간의 구동 라인에 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예로, 구동부(110)는 제1 내지 제3 인버터 암(111,112,113)를 구비할 수 있고, 제2 스위치부(130)는 제1 내지 제3 인버터 암과 모터 간의 3상 구동 라인 중 2상의 구동 라인에 각각 형성된 제1 스위치(S8) 및 제2 스위치(S9)를 구비할 수 있다.
제2 스위치부(130)의 제1 및 제2 스위치(S8,S9)는 턴 온 및 턴 오프를 반복하여 모터로부터 발생된 역기전압의 전압 레벨을 저감시킬 수 있다.
제2 스위치부(130)의 제1 및 제2 스위치(S8,S9)의 턴 온 및 턴 오프 반복 동작은 제1 스위치부(120)의 스위치(S7)의 턴 온 동작 이후, 모터로부터 발생된 역기전압의 전압 레벨이 사전에 설정된 기준 전압 레벨 이상인 경우 수행될 수 있으며,
제1 및 제2 스위치(S8,S9)의 턴 온 및 턴 오프 반복 동작이 사전에 설정된 시간 동안 수행된 이후, 모터로부터 발생된 역기전압의 전압 레벨이 사전에 설정된 기준 전압 레벨 이상인 경우에는 제1 및 제2 스위치(S8,S9)는 턴 오프되어 모터로부터 발생된 역기전압이 구동부(110)에 인가되는 것을 차단할 수 있다.
도 3은 본 발명의 모터 구동 방법을 개략적으로 나타내는 동작 흐름도이다.
도 1과 함께, 도 3을 참조하면, 먼저 구동부(110)의 이상 동작으로 모터의 기동에 실패한 경우 모터로부터 발생된 역기전압이 구동부(110)로 인가될 수 있다.
이때, 제1 스위치부(120)의 스위치(S7)는 턴 온되어 구동부(110)에 인가되는 역기전압이 충전부(140)로 인가되도록 전달 경로를 형성할 수 있다(S10).
다음으로, 제1 스위치부(120)의 스위치(S7)는 턴 온된 다음 일정시간이 지난 후에 모터로부터 발생된 역기전압의 전압 레벨이 사전에 설정된 기준 전압 레벨 이상일 수 있다.
이때, 제2 스위치부(130)의 제1 및 제2 스위치(S8,S9)는 사전에 설정된 주기로 턴 온 및 턴 오프를 반복할 수 있으며, 이에 따라 모터로부터 발생된 역기전압의 전압 레벨을 저감시킬 수 있다(S20).
마지막으로, 제2 스위치부(130)의 제1 및 제2 스위치(S8,S9)의 턴 온 및 턴 오프 동작이 반복되고, 사전에 설정된 일정 시간이 지난 후에도 모터로부터 발생된 역기전압의 전압 레벨이 사전에 설정된 기준 전압 레벨 이상인 경우, 제1 및 제2 스위치(S8,S9)를 턴 오프하여, 모터로부터 발생된 역기전압이 구동부(110)에 인가되는 것을 차단할 수 있다(S30).
도 4는 모터로부터 인가되는 역기전압을 나타내는 그래프이고, 도 5는 본 발명의 모터 구동 장치의 제2 스위치부에 의해 역기전압의 전압 레벨이 저감되는 것을 나타내는 그래프이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 모터의 기동 실패시 모터로부터 발생될 수 있는 역기전압의 전압 레벨을 볼 수 있다.
도시된 바와 같이, 예를 들어 100V p-p의 역기전압이 발생될 수 있다.
도 5를 참조하면, 제2 스위치부(130)의 제1 및 제2 스위치(S8,S9)가 사전에 설정된 주기로 턴 온 및 턴 오프를 반복하는 경우 모터의 기동 실패시 모터로부터 발생될 수 있는 역기전압의 전압 레벨이 저감되는 것을 볼 수 있다.
도시된 바와 같이, 예를 들어 100V p-p의 역기전압이 발생되는 경우 90Vp-p 정도로 역기전압의 전압 레벨이 저감되는 것을 볼 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 인버터의 이상 동작시 모터로부터 유입되는 역기전력 전압으로부터 인버터 또는 제어기를 보호할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고 후술하는 특허청구범위에 의해 한정되며, 본 발명의 구성은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 그 구성을 다양하게 변경 및 개조할 수 있다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 쉽게 알 수 있다.
100: 모터 구동 장치
110: 구동부
111: 제1 인버터 암
112: 제2 인버터 암
113: 제3 인버터 암
120: 제1 스위치부
130: 제2 스위치부
140: 충전부
S1,S2,S3,S4,S5,S6: 구동 스위치
S7: 스위치
S8: 제1 스위치
S9: 제2 스위치
110: 구동부
111: 제1 인버터 암
112: 제2 인버터 암
113: 제3 인버터 암
120: 제1 스위치부
130: 제2 스위치부
140: 충전부
S1,S2,S3,S4,S5,S6: 구동 스위치
S7: 스위치
S8: 제1 스위치
S9: 제2 스위치
Claims (12)
- 구동 전원을 스위칭하여 모터를 구동시키는 적어도 하나의 인버터 암을 가지는 구동부;
상기 모터로부터의 역기전압을 충전부로 전달하는 전달 경로를 형성하는 제1 스위치부; 및
상기 구동부의 구동 라인과 상기 모터 사이에 위치하는 적어도 하나의 스위치를 구비하고, 상기 적어도 하나의 스위치는 사전에 설정된 주기로 턴 온 및 턴 오프하여 상기 모터로부터의 역기전압의 전압 레벨을 저감시키는 제2 스위치부
를 포함하는 모터 구동 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 구동부는 3상 인버터 암을 갖는 모터 구동 장치.
- 제2항에 있어서,
상기 제2 스위치부는
상기 구동부로부터의 3상 구동 라인 중 2상의 구동 라인에 각각 위치하는 제1 스위치 및 제2 스위치를 구비하는 모터 구동 장치.
- 제3항에 있어서,
상기 제1 스위치 및 제2 스위치는 상기 모터로부터 역기전압이 발생하면 사전에 설정된 시간 동안 사전에 설정된 주기로 턴 온 및 턴 오프하며,
상기 사전에 설정된 시간 이후 상기 제1 스위치 및 제2 스위치는 턴 오프하는 모터 구동 장치.
- 제3항에 있어서,
상기 제1 스위치 및 제2 스위치는 상기 제1 스위치부의 전달 경로 형성 후 상기 모터로부터의 역기전압의 전압 레벨이 사전에 설정된 기준 전압 레벨 이상이면 상기 사전에 설정된 시간 동안 상기 사전에 설정된 주기로 턴 온 및 턴 오프를 반복하여 상기 모터로부터의 역기전압의 전압 레벨을 저감시키는 모터 구동 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 모터는 영구 자석 모터인 모터 구동 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 제1 스위치부는 상기 모터로부터 역기전압이 발생하면 턴 온하여 상기 역기전압이 상기 충전부로 전달되는 전달 경로를 형성하고,
상기 제2 스위치부는 상기 역기전압의 전압 레벨이 사전에 설정된 기준 전압 이상이면 턴 온 및 턴 오프를 반복하여 상기 역기전압의 전압 레벨을 저감시키는 모터 구동 장치.
- 제7항에 있어서,
상기 제2 스위치부는 상기 역기전압의 전압 레벨이 사전에 설정된 시간 동안 상기 기준 전압 이상이면 턴 오프되어 상기 역기전압의 전달을 차단시키는 모터 구동 장치.
- 모터로부터 역기전압이 발생하면 턴 온하여 상기 역기전압이 전원을 충전하는 충전부로 전달되는 전달 경로를 형성하는 제1 보호 단계; 및
상기 역기전압의 전압 레벨이 사전에 설정된 기준 전압 이상이면, 모터를 구동시키는 구동부의 구동 라인과 상기 모터 사이에 위치하는 적어도 하나의 스위치를 사전에 설정된 주기로 턴 온 및 턴 오프를 반복하여 상기 역기전압의 전압 레벨을 저감시키는 제2 보호 단계
를 포함하는 모터 구동 방법.
- 제9항에 있어서,
상기 제2 보호 단계에서 사전에 설정된 시간 동안 상기 적어도 하나의 스위치를 사전에 설정된 주기로 턴 온 및 턴 오프를 반복한 후 상기 역기전압의 전압 레벨이 사전에 설정된 기준 전압 이상이면 상기 적어도 하나의 스위치를 턴 오프 유지시키는 제3 보호 단계를 더 포함하는 모터 구동 방법.
- 제9항에 있어서,
상기 모터는 3상 영구 자석 모터인 모터 구동 방법.
- 제11항에 있어서,
상기 제2 보호 단계는 상기 모터를 구동시키는 구동 신호를 상기 모터에 전달하는 3상 구동 라인 중 2상의 구동 라인의 신호 전달 경로를 턴 온 및 턴 오프시키는 모터 구동 방법.
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