KR20170018565A - System and method for detecting a number of rotations in motor using a ripple of motor - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 모터의 맥동을 이용한 모터 회전수 검출 방법 및 시스템에 관한 것으로서, 더욱 자세하게는 차량에 설치된 모터에서 발생된 맥동(ripple) 신호를 증폭시키고 여과시켜 기준 전압 신호와 비교하여 획득한 구형파 신호를 계수(Count)하여 모터 회전수를 검출할 수 있도록 하는, 모터의 맥동을 이용한 모터 회전수 검출 방법 및 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a method and system for detecting the number of revolutions of a motor using a pulse of a motor, and more particularly, to a method and system for detecting a number of revolutions of a motor by amplifying and filtering a ripple signal generated by a motor installed in a vehicle, And more particularly, to a method and a system for detecting the number of revolutions of a motor using pulsation of a motor so as to be able to detect the number of revolutions of the motor.
종래에 모터의 회전 수 인지 방식은 모터로부터 발생되는 홀 센서 신호를 이용하고 있다. 즉, 모터로부터 홀 센서를 통해 발생되는 도 1에 도시된 PWM(Pulse With Modulation) 신호에 대해 정상 신호 판단 알고리즘을 통해 신호로 인식한다. 도 1은 홀 센서를 통해 발생된 PWM 신호에 대해 정상 신호 판단 알고리즘을 통해 인식하는 예를 나타낸 도면이다. Conventionally, the number of rotations of the motor uses a Hall sensor signal generated from a motor. That is, the PWM (Pulse With Modulation) signal shown in FIG. 1 generated from the motor through the hall sensor is recognized as a signal through a normal signal determination algorithm. 1 is a diagram showing an example of recognizing a PWM signal generated through a hall sensor through a normal signal judgment algorithm.
그런데, 이러한 모터의 제작 공정에서의 문제점이 있다. 종래 홀 센서를 인식하기 위해 자석 부착 공정을 시행하고 있는데 이때 공정 상의 장비 문제로 인해 편차를 15%로 설정해야 한다. 이로 인해 특정 전압에서 기준치에 넘는 PWM 신호가 발생되면 사용자의 운적석 기억 위치가 삭제되었던 문제점이 있다.However, there is a problem in the manufacturing process of such a motor. In order to recognize the conventional Hall sensor, we are carrying out the magnet attaching process. At this time, the deviation should be set to 15% due to the equipment problem in the process. Therefore, when the PWM signal exceeding the reference value is generated at a certain voltage, there is a problem in that the user's lost or stolen memory location is deleted.
추가적으로 홀 센서는 구조상 모터 내부에 위치하게 되며 열에 의한 영향을 많이 받고 있다. 따라서 홀 센서의 특성에서 열에 의한 특성이 변화되는 문제점이 있다. In addition, Hall sensors are structurally located inside the motor and are heavily influenced by heat. Therefore, there is a problem that the characteristics of the Hall sensor vary due to heat.
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 차량의 모터 구동 시에 모터에서 발생된 맥동(ripple) 신호를 증폭시키고 여과시켜 기준 전압 신호와 비교하여 획득한 구형파 신호를 계수(Count)해 모터 회전수를 검출할 수 있도록 하는, 모터의 맥동을 이용한 모터 회전수 검출 방법 및 시스템을 제공함에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention to solve the above problems is to amplify a ripple signal generated in a motor at the time of driving a motor vehicle and to filter the rectangular wave signal obtained by comparing the ripple signal with a reference voltage signal, And to provide a method and system for detecting the number of revolutions of a motor using pulsation of a motor.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 모터의 맥동을 이용한 모터 회전수 검출 시스템은, 모터의 정류자(Commutator) 간극에 의해 발생되는 맥동(Ripple) 신호를 입력받아 일정 크기 이상으로 증폭된 증폭 신호를 출력하는 증폭부; 상기 증폭 신호의 위상을 지연시키고 저주파수 대역(Low Pass)의 신호로 여과(Filtering)시키는 여과 지연부; 상기 여과 지연된 신호를 추적 기준 전압(Tracking Reference Voltage)으로 입력하여, 상기 증폭부에서 출력된 상기 증폭 신호와 비교해 구형파(PWM) 신호를 출력하는 비교 출력부; 및 상기 구형파 신호를 카운트하여 상기 모터의 회전수를 산출하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a motor rotation speed detection system using a pulse of a motor. The motor rotation speed detection system comprises: a motor for receiving a ripple signal generated by a commutator gap of a motor, An amplifying unit for outputting the amplified signal; A filtering delay unit for delaying the phase of the amplified signal and filtering the signal by a signal of a low frequency band (Low Pass); A comparison output unit that receives the filtered delayed signal as a tracking reference voltage and outputs a square wave (PWM) signal as compared with the amplified signal output from the amplifying unit; And a controller for counting the square wave signal and calculating the number of revolutions of the motor.
또한, 상기 증폭부는, 상기 맥동 신호를 증폭기(OP AMP)의 (+) 단자에 입력하고, 상기 증폭기의 (-) 단자와 접지 사이에 저항(R)이 연결되며, 상기 저항(R)의 연결점과 출력단(OUT) 사이에 일정 이상의 저항값을 갖는 저항(R2)이 병렬로 연결될 수 있다.The amplifying unit may be configured to input the ripple signal to a positive terminal of an amplifier OP AMP, a resistor R connected between a negative terminal of the amplifier and ground, A resistor R2 having a resistance value equal to or higher than a predetermined value may be connected in parallel between the output terminal OUT and the output terminal OUT.
또한, 상기 여과 지연부는, 상기 증폭 신호를 저항(R3)과 캐패시터(C1)가 병렬로 연결된 시정수 회로에 의해 위상을 지연시키고 저주파수 대역의 신호로 여과시킬 수 있다.In addition, the filtering delay unit may delay the phase of the amplified signal by a time constant circuit in which the resistor (R3) and the capacitor (C1) are connected in parallel, and filter the amplified signal into a signal of a low frequency band.
또한, 상기 비교 출력부는, 상기 증폭부에서 출력된 증폭 신호를 비교기(COMP)의 (-) 단자로 입력받고, 상기 여과 지연된 신호를 상기 비교기의 (+) 단자로 입력받아, 두 신호를 비교하여 구형파 신호로 출력할 수 있다.The comparison output unit receives the amplified signal output from the amplification unit at the negative terminal of the comparator COMP and receives the filtered delayed signal at the positive terminal of the comparator to compare the two signals And can output a square wave signal.
그리고, 상기 제어부는, 상기 구형파 신호에 대해 첫번째 엣지(Edge)를 검출하고 이어 두번째 엣지를 검출할 때 하나의 펄스(Pulse) 신호로 인식하며, 두 개의 엣지를 주기로 하는 각 펄스 신호를 카운트하여 상기 모터의 회전수를 산출하게 된다.The controller detects the first edge of the square wave signal and recognizes the first edge as a pulse signal when detecting the second edge. The controller counts each pulse signal having two edges as a period, The number of revolutions of the motor is calculated.
한편, 전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 모터의 맥동을 이용한 모터 회전수 검출 방법은, (a) 증폭부가 모터의 정류자(Commutator) 간극에 의해 발생되는 맥동(Ripple) 신호를 입력받아 일정 크기 이상으로 증폭된 증폭 신호를 출력하는 단계; (b) 여과 지연부가 상기 증폭 신호의 위상을 지연시키고 저주파수 대역(Low Pass)의 신호로 여과(Filtering)시켜 여과 지연된 신호를 출력하는 단계; (c) 비교 출력부가 상기 여과 지연된 신호를 추적 기준 전압(Tracking Reference Voltage)으로 입력받아 상기 증폭 신호와 비교해 구형파(PWM) 신호를 출력하는 단계; 및 (d) 제어부가 상기 구형파 신호를 카운트하여 상기 모터의 회전수를 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of detecting a motor speed using a pulse of a motor, the method including: (a) receiving a ripple signal generated by a commutator gap of the motor, Outputting an amplified signal amplified to a size greater than the amplified signal; (b) filtering delay the phase of the amplified signal with a low-pass signal to output a filtered delayed signal; (c) receiving a filtered delayed signal as a tracking reference voltage and comparing the amplified signal with the amplified signal to output a square wave (PWM) signal; And (d) calculating a rotational speed of the motor by counting the rectangular wave signal by the control unit.
또한, 상기 (a) 단계는, 상기 증폭부가 (-) 단자와 접지 사이에 저항(R)이 연결되며, 상기 저항(R)의 연결점과 출력단(OUT) 사이에 일정 이상의 저항값을 갖는 저항(R2)이 병렬로 연결된 증폭기(OP AMP)의 (+) 단자에 상기 맥동 신호를 입력받아 일정 크기 이상으로 증폭된 증폭 신호를 상기 출력단(OUT)으로 출력할 수 있다.In the step (a), a resistor (R) is connected between the amplification unit (-) terminal and ground, and a resistor (R) having a resistance value equal to or more than a predetermined value between a connection point of the resistor R2 may be connected to the (+) terminal of an amplifier (OP AMP) connected in parallel to output the amplified signal amplified by a predetermined magnitude or more to the output OUT.
또한, 상기 (b) 단계는, 상기 여과 지연부가 상기 증폭 신호를 저항(R3)과 캐패시터(C1)가 병렬로 연결된 시정수 회로에 의해 위상을 지연시키고 저주파수 대역의 신호로 여과시킬 수 있다.In the step (b), the filtering delay unit may delay the phase by the time constant circuit connected in parallel with the resistor (R3) and the capacitor (C1) and filter the amplified signal into a signal of a low frequency band.
또한, 상기 (c) 단계는, 상기 비교 출력부가 상기 증폭 신호를 비교기(COMP)의 (-) 단자로 입력받고, 상기 여과 지연된 신호를 상기 비교기의 (+) 단자로 입력받아, 두 신호를 비교하여 구형파 신호로 출력할 수 있다.In the step (c), the comparison output unit receives the amplified signal at the (-) terminal of the comparator (COMP), receives the filtered delayed signal at the (+) terminal of the comparator, And output it as a square wave signal.
그리고, 상기 (d) 단계는, 상기 제어부가 상기 구형파 신호에 대해 첫번째 엣지(Edge)를 검출하고 이어 두번째 엣지를 검출할 때 하나의 펄스(Pulse) 신호로 인식하며, 두 개의 엣지를 주기로 하는 각 펄스 신호를 카운트하여 상기 모터의 회전수를 산출하게 된다.In the step (d), when the controller detects the first edge of the square wave signal and then detects the second edge, the controller recognizes the pulse signal as one pulse signal, The pulse signal is counted to calculate the number of revolutions of the motor.
본 발명에 의하면, 모터의 정류자(commutator)의 간극에 의해 발생되는 맥동을 이용하여 모터의 위치 및 속도를 제어할 수 있다.According to the present invention, the position and speed of the motor can be controlled by using the pulsation generated by the gap of the commutator of the motor.
또한, 종래의 홀 센서(Hall sensor) 출력을 위한 자석 부착 시 발생되는 산포 15%에 의해 발생하는 문제점을 해결할 수 있다.In addition, it is possible to solve the problems caused by the dispersion of 15% generated when the magnet is attached for the output of a conventional Hall sensor.
또한, 홀 센서의 특성에서 열에 의한 특성이 변화되는 문제점을 해결할 수 있다.In addition, it is possible to solve the problem that the characteristic due to heat changes in the characteristic of the Hall sensor.
또한, 기존 모터의 맥동을 이용한 제어기들은 일정한 특성을 가지고 있는 모터들만을 사용하지만 본 발명은 일정하지 않은 구조의 모터들을 이용하여 동일한 효과를 발생시킬 수 있다. 즉, 모터의 구조가 달라도 '추적 기준 전압(Tracking reference voltage)'에 의해서 PWM 신호로 발생하게 되어 모든 모터들에 이용 가능하다.In addition, although the controllers using the pulsation of the conventional motor use only motors having a certain characteristic, the present invention can generate the same effect by using motors having a constant structure. That is, even if the structure of the motor is different, it is generated as a PWM signal by the 'tracking reference voltage', and is available to all motors.
그리고, 모터의 구조를 단순화 시킴으로써 모터의 부품 단순화 및 공정 축소, 커넥터 및 배선 축소로 인해 전체적인 구성에서의 단가가 감소되는 장점이 있다.Further, by simplifying the structure of the motor, there is an advantage that the unit cost of the overall structure is reduced due to the simplification of the motor, the reduction of the process, and the reduction of the connector and the wiring.
도 1은 홀 센서를 통해 발생된 PWM 신호에 대해 정상 신호 판단 알고리즘을 통해 인식하는 예를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 모터의 맥동을 이용한 모터 회전수 검출 시스템의 회로 구성을 나타낸 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따라 두 개의 엣지를 주기로 하는 각 펄스 신호를 카운트하는 예를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 모터의 맥동을 이용한 모터 회전수 검출 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 인가되는 전압에 따른 맥동 신호의 파형 변화를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 증폭 신호를 시간 도메인으로 지연시키고 주파수 도메인으로 여과시키는 예를 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따라 증폭 신호와 여과 지연된 신호를 비교기를 통해 구형파 신호로 출력하는 예를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 모터의 구동 시 3 가지 현상을 나타낸 도면이다.1 is a diagram showing an example of recognizing a PWM signal generated through a hall sensor through a normal signal judgment algorithm.
2 is a block diagram showing a circuit configuration of a motor rotation number detection system using pulsation of a motor according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram illustrating an example of counting each pulse signal having two edges as a period according to an embodiment of the present invention.
4 is a flowchart illustrating a method of detecting the number of revolutions of a motor using pulsation of a motor according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram illustrating a waveform change of a pulse signal according to an applied voltage according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.
6 is a graph illustrating an example of delaying an amplified signal into a time domain and filtering the amplified signal into a frequency domain according to an embodiment of the present invention.
7 is a diagram illustrating an example of outputting an amplified signal and a filtered delayed signal as a square wave signal through a comparator according to an embodiment of the present invention.
8 is a view showing three phenomena when the motor is driven according to the embodiment of the present invention.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, which will be readily apparent to those skilled in the art to which the present invention pertains. The present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments described herein.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted, and the same or similar components are denoted by the same reference numerals throughout the specification.
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.Throughout the specification, when a part is referred to as being "connected" to another part, it includes not only "directly connected" but also "electrically connected" with another part in between . Also, when an element is referred to as "comprising ", it means that it can include other elements as well, without departing from the other elements unless specifically stated otherwise.
어느 부분이 다른 부분의 "위에" 있다고 언급하는 경우, 이는 바로 다른 부분의 위에 있을 수 있거나 그 사이에 다른 부분이 수반될 수 있다. 대조적으로 어느 부분이 다른 부분의 "바로 위에" 있다고 언급하는 경우, 그 사이에 다른 부분이 수반되지 않는다.If any part is referred to as being "on" another part, it may be directly on the other part or may be accompanied by another part therebetween. In contrast, when a section is referred to as being "directly above" another section, no other section is involved.
제1, 제2 및 제3 등의 용어들은 다양한 부분, 성분, 영역, 층 및/또는 섹션들을 설명하기 위해 사용되나 이들에 한정되지 않는다. 이들 용어들은 어느 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션을 다른 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션과 구별하기 위해서만 사용된다. 따라서, 이하에서 서술하는 제1 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션은 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 제2 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션으로 언급될 수 있다.The terms first, second and third, etc. are used to describe various portions, components, regions, layers and / or sections, but are not limited thereto. These terms are only used to distinguish any moiety, element, region, layer or section from another moiety, moiety, region, layer or section. Thus, a first portion, component, region, layer or section described below may be referred to as a second portion, component, region, layer or section without departing from the scope of the present invention.
여기서 사용되는 전문 용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to limit the invention. The singular forms as used herein include plural forms as long as the phrases do not expressly express the opposite meaning thereto. Means that a particular feature, region, integer, step, operation, element and / or component is specified and that the presence or absence of other features, regions, integers, steps, operations, elements, and / It does not exclude addition.
"아래", "위" 등의 상대적인 공간을 나타내는 용어는 도면에서 도시된 한 부분의 다른 부분에 대한 관계를 보다 쉽게 설명하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 용어들은 도면에서 의도한 의미와 함께 사용중인 장치의 다른 의미나 동작을 포함하도록 의도된다. 예를 들면, 도면중의 장치를 뒤집으면, 다른 부분들의 "아래"에 있는 것으로 설명된 어느 부분들은 다른 부분들의 "위"에 있는 것으로 설명된다. 따라서 "아래"라는 예시적인 용어는 위와 아래 방향을 전부 포함한다. 장치는 90˚ 회전 또는 다른 각도로 회전할 수 있고, 상대적인 공간을 나타내는 용어도 이에 따라서 해석된다.Terms indicating relative space such as "below "," above ", and the like may be used to more easily describe the relationship to other portions of a portion shown in the figures. These terms are intended to include other meanings or acts of the apparatus in use, as well as intended meanings in the drawings. For example, when inverting a device in the figures, certain parts that are described as being "below" other parts are described as being "above " other parts. Thus, an exemplary term "below" includes both up and down directions. The device can be rotated by 90 degrees or rotated at different angles, and terms indicating relative space are interpreted accordingly.
다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms including technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Commonly used predefined terms are further interpreted as having a meaning consistent with the relevant technical literature and the present disclosure, and are not to be construed as ideal or very formal meanings unless defined otherwise.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 모터의 맥동을 이용한 모터 회전수 검출 시스템의 회로 구성을 나타낸 구성도이다.2 is a block diagram showing a circuit configuration of a motor rotation number detection system using pulsation of a motor according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 모터의 맥동을 이용한 모터 회전수 검출 시스템(100)은, 증폭부(110)와 여과 지연부(120), 비교 출력부(130) 및 제어부(140)를 포함한다.Referring to FIG. 2, the motor rotation
증폭부(110)는 모터의 정류자(Commutator) 간극에 의해 발생되는 맥동(Ripple/Noise) 신호를 입력받아 일정 크기 이상으로 증폭된 증폭 신호를 출력한다.The
또한, 증폭부(110)는, 맥동 신호를 증폭기(OP AMP)의 (+) 단자에 입력하고, 증폭기의 (-) 단자와 접지 사이에 저항(R1)이 연결되며, 저항(R1)의 연결점과 출력단(OUT) 사이에 일정 이상의 저항값을 갖는 저항(R2)이 병렬로 연결된 구조를 갖는다. The amplifying
여과 지연부(120)는 증폭 신호의 위상을 지연시키고 저주파수 대역(Low Pass)의 신호로 여과(Filtering)시킨다.The
또한, 여과 지연부(120)는, 증폭 신호를 저항(R3)과 캐패시터(C2)가 병렬로 연결된 시정수 회로에 의해 위상을 지연시키고 저주파수 대역의 신호로 여과시키게 된다.In addition, the
또한, 여과 지연된 신호는 증폭부(110)로부터 추출되어 어떠한 모터의 특성 변화에 대해서도 구조적으로 대응이 가능하다. 도 8에 도시된 바와 같이 모터의 Start, Stop, Stall 시 모두 PWM(Pulse Width Modulation)이 발생되는 것을 확인할 수 있다. 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 모터의 구동 시 3 가지 현상을 나타낸 도면이다.In addition, the filtered delayed signal is extracted from the
즉, 모터 구동 시 다음과 같이 3 가지 현상으로 구분되는데, Start(?)는 기동을 위한 전류를 위해 Over run 현상이며, Normal(?)은 부하가 일정한 상태에서 안정적인 현상이다. 마지막으로 Stop(?)은, 정지 시 관성에 의한 Over run 현상을 일컫는다.In other words, there are three kinds of phenomenon when the motor is driven. Start (?) Is an over run phenomenon for the start current, and Normal (?) Is a stable phenomenon when the load is constant. Finally, stop (?) Refers to the overrun phenomenon caused by inertia at stop.
비교 출력부(130)는 여과 지연된 신호를 추적 기준 전압(Tracking Reference Voltage)으로 입력하여, 증폭부(110)에서 출력된 증폭 신호와 비교해 구형파(PWM) 신호를 출력한다.The
또한, 비교 출력부(130)는, 증폭부(110)에서 출력된 증폭 신호를 비교기(COMP)의 (-) 단자로 입력받고, 여과 지연된 신호를 비교기의 (+) 단자로 입력받아, 두 신호를 비교하여 구형파 신호로 출력하는 것이다.The
제어부(140)는 구형파 신호를 카운트하여 모터의 회전수를 산출하게 된다.The
즉, 제어부(140)는, 구형파 신호에 대해 도 3에 도시된 바와 같이 첫번째 엣지(Edge1)를 검출하고 이어 두번째 엣지(Edge2)를 검출할 때 하나의 펄스(Pulse) 신호로 인식하며, 이렇게 두 개의 엣지(Edge1, Edge2)를 주기로 하는 각 펄스 신호를 카운트하여 모터의 회전수를 산출하게 된다. 도 3은 본 발명의 실시예에 따라 두 개의 엣지를 주기로 하는 각 펄스 신호를 카운트하는 예를 나타낸 도면이다. That is, the
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 모터의 맥동을 이용한 모터 회전수 검출 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도를 나타낸 도면이다.4 is a flowchart illustrating a method of detecting the number of revolutions of a motor using pulsation of a motor according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 핵심은 모터에서 발생된 맥동(Ripple) 신호에 대해 증폭기를 통해 증폭시켜 유효하게 카운트 할 수 있는 신호로 생성하는 것이다.The key of the present invention is to generate a signal which can be effectively counted by amplifying a ripple signal generated in a motor through an amplifier.
도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 모터의 맥동을 이용한 모터 회전수 검출 시스템(100)은, 증폭부(110)가 모터의 정류자(Commutator) 간극에 의해 발생되는 맥동(Ripple) 신호를 입력받아 일정 크기 이상으로 증폭된 증폭 신호를 출력한다(S410).4, the motor rotation
이때, 증폭부(110)는 (-) 단자와 접지 사이에 저항(R1)이 연결되며, 이 저항(R1)의 연결점과 출력단(OUT) 사이에 일정 이상의 저항값(10㏀)을 갖는 저항(R2)이 병렬로 연결된 증폭기(OP AMP)의 (+) 단자에 잡음(NOISE)와 같은 맥동(Ripple) 신호를 입력받아 일정 크기 이상으로 증폭된 증폭 신호를 출력단(OUT)으로 출력하는 것이다.At this time, the
모터에서 발생되는 맥동(Ripple)은 구조적으로 발생된다. 구조적 발생은 정류자(Commutator)의 설계에서 그것을 정밀하게 생산해 낼 수 있는 생산기술의 정밀도를 의미한다. 하지만 이러한 기술은 모든 모터에서 차이가 발생할 수 밖에 없다. 그 차이를 극복하기 위해서는 기준(Reference) 전압값이 모터에서 발생되는 리플 신호의 파형을 따라가도록 하면 된다. 이렇게 되는 경우에 모든 모터에 동일한 회로로 적용하여 사용할 수 있다.The ripple generated in the motor is structurally generated. Structural generation means the precision of the production technology that can be produced precisely in the design of the commutator. However, this technique is incompatible with all motors. In order to overcome the difference, the reference voltage value should follow the waveform of the ripple signal generated by the motor. In this case, the same circuit can be applied to all motors.
모터의 경우, 도 5에 도시된 바와 같이 인가되는 전압이 상승하게 되면 회전 속도가 빨라지고, 그에 따라 전류의 흐름이 많아지며, 그로 인해 DC bias 변화가 발생하게 된다. 도 5는 본 발명의 실시예에 따라 인가되는 전압에 따른 맥동 신호의 파형 변화를 나타낸 도면이다. 도 5에서, 기준 전압을 중간 값에 고정시키고, 인가 전압을 천천히 상승시키면 맥동 신호는 인가 전압에 따라 DC 값이 상승하게 된다. In the case of a motor, as shown in FIG. 5, when the applied voltage is increased, the rotation speed is increased and the current flow is increased, thereby causing a DC bias change. FIG. 5 is a diagram illustrating a waveform change of a pulse signal according to an applied voltage according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 5, when the reference voltage is fixed to an intermediate value and the applied voltage is slowly increased, the DC value of the pulse signal increases according to the applied voltage.
이어, 여과 지연부(120)가 증폭 신호의 위상을 지연시키고 저주파수 대역(Low Pass)의 신호로 여과(Filtering)시켜 여과 지연된 신호를 출력한다(S420).Next, the
이때, 여과 지연부(120)는 증폭 신호를 저항(R3)과 캐패시터(C2)가 병렬로 연결된 시정수 회로에 의해 위상을 지연시키고 저주파수 대역의 신호로 여과시키는 것이다.At this time, the
여기서, 여과 지연부(120)의 지연 시간(τ)은 도 6의 시간 도메인(Time Domain)으로 산출할 경우에 다음 수학식1에 따라 산출할 수 있다. 도 6은 본 발명의 실시예에 따라 증폭 신호를 시간 도메인으로 지연시키고 주파수 도메인으로 여과시키는 예를 나타낸 그래프이다.Here, the delay time? Of the
수학식1에서, R은 저항(R3)과 캐패시터(C2)가 병렬로 연결된 시정수 회로의 저항(R3)값을 나타내고, C는 캐패시터(C2)의 캐패시턴스 값을 나타낸다. 예를 들면, R3가 10 ㏀이고, C2가 100 ㎌인 경우에 지연 시간(τ)은 1 ㎳가 되는 것이다.In Equation (1), R represents the value of the resistor R3 of the time constant circuit in which the resistor R3 and the capacitor C2 are connected in parallel, and C represents the capacitance value of the capacitor C2. For example, when R3 is 10 k? And C2 is 100 k ?, the delay time? Is 1 ms.
또한, 여과 지연부(120)는 증폭 신호를 저주파 대역으로 여과시켜 다음 수학식2에 따른 도 6의 주파수 도메인의 주파수 신호(Freq.)를 생성하는 것이다.The
여기서, Freq.는 주파수(Frequency)를 나타내고, R은 저항(R3)값을 나타내고, C는 캐패시터(C2)의 캐패시턴스 값을 나타낸다. Here Freq. Represents the frequency, R represents the value of the resistor R3, and C represents the capacitance value of the capacitor C2.
즉, 여과 지연부(120)는 RC 저역 통과 필터(LPF)를 통해 유효한 성분의 저주파수 대역의 주파수를 출력하는 것이다. 예를 들면, R3가 10 ㏀이고, C2가 100 ㎌인 경우에 1.5 kHz인 주파수 신호를 얻게 되는 것이다.That is, the
이어, 비교 출력부(130)가 여과 지연된 신호를 추적 기준 전압(Tracking Reference Voltage)으로 입력받아 증폭 신호와 비교해 구형파(PWM:Pulse Width Modulation) 신호를 출력한다(S430).Next, the
이때, 비교 출력부(130)는 도 7에 도시된 바와 같이 증폭 신호(ⓒ)를 비교기(COMP)의 (-) 단자로 입력받고, 여과 지연된 신호(ⓓ)를 비교기의 (+) 단자로 입력받아, 두 신호를 비교하여 구형파 신호(ⓔ)로 출력하는 것이다. 도 7은 본 발명의 실시예에 따라 증폭 신호와 여과 지연된 신호를 비교기를 통해 구형파 신호로 출력하는 예를 나타낸 도면이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 증폭 신호(ⓒ)와 여과 지연된 신호(ⓓ)는 90 ~ 180°이내에서 위상 차이가 남을 알 수 있다.At this time, the
이어, 제어부(140)가 구형파 신호를 카운트하여 모터의 회전수를 산출한다(S440).Next, the
즉, 제어부(140)는 도 4에 도시된 바와 같이 구형파 신호에 대해 첫번째 엣지(Edge1)를 검출하고 이어 두번째 엣지(Edge2)를 검출할 때 하나의 펄스(Pulse) 신호로 인식하며, 두 개의 엣지(Edge1, Edge2)를 주기로 하는 각 펄스 신호를 카운트하여 모터의 회전수를 산출하게 되는 것이다.That is, as shown in FIG. 4, the
따라서, 본 발명에 따른 모터의 맥동을 이용한 모터 회전수 검출 시스템(100)을 자동차의 시트(Seat)에 적용하게 되면, 홀 센서 없이도 모터에서 발생된 맥동 신호를 이용해 모터의 회전수를 산출할 수 있게 됨으로써 시트 위치를 메모리에 기억시킬 수 있으며, DC 모터를 사용하는 모든 제어기에 동일하게 적용할 수 있다.Therefore, when the motor
전술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 차량의 모터 구동 시에 모터에서 발생된 맥동(ripple) 신호를 증폭시키고 여과시켜 기준 전압 신호와 비교하여 획득한 구형파 신호를 계수(Count)해 모터 회전수를 검출할 수 있도록 하는, 모터의 맥동을 이용한 모터 회전수 검출 방법 및 시스템을 실현할 수 있다.As described above, according to the present invention, a ripple signal generated in a motor at the time of motor driving of a vehicle is amplified, filtered, and compared with a reference voltage signal to obtain a rectangular wave signal, The motor rotation speed detection method and system using the pulsation of the motor can be realized.
본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있으므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the present invention as defined by the following claims and their equivalents. Only. The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than the detailed description and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents are to be construed as being included within the scope of the present invention do.
100 : 모터의 맥동을 이용한 모터 회전수 검출 시스템
110 : 증폭부
120 : 여과 지연부
130 : 비교 출력부
140 : 제어부100: Motor rotation speed detection system using motor pulse
110:
120: Filtration delay unit
130:
140:
Claims (10)
상기 증폭 신호의 위상을 지연시키고 저주파수 대역(Low Pass)의 신호로 여과(Filtering)시키는 여과 지연부;
상기 여과 지연된 신호를 추적 기준 전압(Tracking Reference Voltage)으로 입력하여, 상기 증폭부에서 출력된 상기 증폭 신호와 비교해 구형파(PWM) 신호를 출력하는 비교 출력부; 및
상기 구형파 신호를 카운트하여 상기 모터의 회전수를 산출하는 제어부;
를 포함하는 모터의 맥동을 이용한 모터 회전수 검출 시스템.
An amplifier for receiving a ripple signal generated by a commutator gap of the motor and outputting an amplified signal amplified to a predetermined magnitude or more;
A filtering delay unit for delaying the phase of the amplified signal and filtering the signal by a signal of a low frequency band (Low Pass);
A comparison output unit that receives the filtered delayed signal as a tracking reference voltage and outputs a square wave (PWM) signal as compared with the amplified signal output from the amplifying unit; And
A control unit for counting the square wave signal to calculate the number of revolutions of the motor;
The motor rotation speed detection system using the pulsation of the motor.
상기 증폭부는, 상기 맥동 신호를 증폭기(OP AMP)의 (+) 단자에 입력하고, 상기 증폭기의 (-) 단자와 접지 사이에 저항(R)이 연결되며, 상기 저항(R)의 연결점과 출력단(OUT) 사이에 일정 이상의 저항값을 갖는 저항(R2)이 병렬로 연결된 것을 특징으로 하는 모터의 맥동을 이용한 모터 회전수 검출 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the amplifying unit inputs the ripple signal to a positive terminal of an amplifier OP AMP and a resistor R is connected between a negative terminal of the amplifier and a ground, And a resistor (R2) having a resistance value equal to or greater than a predetermined value is connected in parallel between the output terminal (OUT) and the output terminal (OUT).
상기 여과 지연부는, 상기 증폭 신호를 저항(R3)과 캐패시터(C1)가 병렬로 연결된 시정수 회로에 의해 위상을 지연시키고 저주파수 대역의 신호로 여과시키는 것을 특징으로 하는 모터의 맥동을 이용한 모터 회전수 검출 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the filter delay unit delays the phase of the amplified signal by a time constant circuit in which a resistor (R3) and a capacitor (C1) are connected in parallel and filters the amplified signal by a signal of a low frequency band. Detection system.
상기 비교 출력부는, 상기 증폭부에서 출력된 증폭 신호를 비교기(COMP)의 (-) 단자로 입력받고, 상기 여과 지연된 신호를 상기 비교기의 (+) 단자로 입력받아, 두 신호를 비교하여 구형파 신호로 출력하는 것을 특징으로 하는 모터의 맥동을 이용한 모터 회전수 검출 시스템.
The method according to claim 1,
The comparison output unit receives the amplified signal output from the amplification unit at the negative terminal of the comparator COMP and receives the filtered delayed signal at the positive terminal of the comparator to compare the two signals, The motor rotation speed detection system using the pulse of the motor.
상기 제어부는, 상기 구형파 신호에 대해 첫번째 엣지(Edge)를 검출하고 이어 두번째 엣지를 검출할 때 하나의 펄스(Pulse) 신호로 인식하며, 두 개의 엣지를 주기로 하는 각 펄스 신호를 카운트하여 상기 모터의 회전수를 산출하는 것을 특징으로 하는 모터의 맥동을 이용한 모터 회전수 검출 시스템.
The method according to claim 1,
The control unit recognizes the first edge of the rectangular wave signal as a pulse when the second edge is detected, counts each pulse signal having two edges as a period, And the rotation speed of the motor is calculated.
(b) 여과 지연부가 상기 증폭 신호의 위상을 지연시키고 저주파수 대역(Low Pass)의 신호로 여과(Filtering)시켜 여과 지연된 신호를 출력하는 단계;
(c) 비교 출력부가 상기 여과 지연된 신호를 추적 기준 전압(Tracking Reference Voltage)으로 입력받아 상기 증폭 신호와 비교해 구형파(PWM) 신호를 출력하는 단계; 및
(d) 제어부가 상기 구형파 신호를 카운트하여 상기 모터의 회전수를 산출하는 단계;
를 포함하는 모터의 맥동을 이용한 모터 회전수 검출 방법.
(a) receiving a ripple signal generated by a commutator gap of the amplifying unit motor and outputting an amplified signal amplified to a predetermined magnitude or more;
(b) filtering delay the phase of the amplified signal with a low-pass signal to output a filtered delayed signal;
(c) receiving a filtered delayed signal as a tracking reference voltage and comparing the amplified signal with the amplified signal to output a square wave (PWM) signal; And
(d) calculating a rotational speed of the motor by counting the rectangular wave signal by the control unit;
The motor rotation speed detection method using the pulsation of the motor.
상기 (a) 단계는, 상기 증폭부가 (-) 단자와 접지 사이에 저항(R)이 연결되며, 상기 저항(R)의 연결점과 출력단(OUT) 사이에 일정 이상의 저항값을 갖는 저항(R2)이 병렬로 연결된 증폭기(OP AMP)의 (+) 단자에 상기 맥동 신호를 입력받아 일정 크기 이상으로 증폭된 증폭 신호를 상기 출력단(OUT)으로 출력하는 것을 특징으로 하는 모터의 맥동을 이용한 모터 회전수 검출 방법.
The method of claim 6,
In the step (a), a resistor (R) is connected between the amplifying unit (-) terminal and ground, and a resistor (R2) having a resistance value equal to or higher than a predetermined value is connected between a connection point of the resistor (R) And the amplified signal amplified to a predetermined magnitude or more is output to the output terminal (OUT) by receiving the pulsation signal at a (+) terminal of an amplifier (OP AMP) connected in parallel. Detection method.
상기 (b) 단계는, 상기 여과 지연부가 상기 증폭 신호를 저항(R3)과 캐패시터(C1)가 병렬로 연결된 시정수 회로에 의해 위상을 지연시키고 저주파수 대역의 신호로 여과시키는 것을 특징으로 하는 모터의 맥동을 이용한 모터 회전수 검출 방법.
The method of claim 6,
Wherein the filtering delay unit delays the phase of the amplified signal by a time constant circuit connected in parallel with the resistor (R3) and the capacitor (C1), and filters the amplified signal by a signal of a low frequency band. Detection Method of Motor Speed Using Pulse.
상기 (c) 단계는, 상기 비교 출력부가 상기 증폭 신호를 비교기(COMP)의 (-) 단자로 입력받고, 상기 여과 지연된 신호를 상기 비교기의 (+) 단자로 입력받아, 두 신호를 비교하여 구형파 신호로 출력하는 것을 특징으로 하는 모터의 맥동을 이용한 모터 회전수 검출 방법.
The method of claim 6,
Wherein the comparison output section receives the amplified signal from the negative terminal of the comparator COMP and receives the filtered delayed signal from the positive terminal of the comparator and compares the two signals to obtain a square wave And outputting the signal as a signal.
상기 (d) 단계는, 상기 제어부가 상기 구형파 신호에 대해 첫번째 엣지(Edge)를 검출하고 이어 두번째 엣지를 검출할 때 하나의 펄스(Pulse) 신호로 인식하며, 두 개의 엣지를 주기로 하는 각 펄스 신호를 카운트하여 상기 모터의 회전수를 산출하는 것을 특징으로 하는 모터의 맥동을 이용한 모터 회전수 검출 방법.The method of claim 6,
In the step (d), when the controller detects the first edge of the rectangular wave signal and then detects the second edge, the controller recognizes the pulse signal as one pulse signal, And counting the number of revolutions of the motor to calculate the number of revolutions of the motor.
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KR1020150112341A KR20170018565A (en) | 2015-08-10 | 2015-08-10 | System and method for detecting a number of rotations in motor using a ripple of motor |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11326544B2 (en) | 2020-07-13 | 2022-05-10 | Coavis | Sensorless control device for DC fuel pump |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US796055A (en) | 1901-08-26 | 1905-08-01 | Thomas Duncan | Electrical measuring instrument. |
-
2015
- 2015-08-10 KR KR1020150112341A patent/KR20170018565A/en not_active Application Discontinuation
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