KR20170023586A

KR20170023586A - Ｂｌｄｃ 전동기 동작 오류 검출 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR20170023586A
Application number: KR1020150118928A
Authority: KR
Inventors: 김상훈; 김원석; 김태완; 박성준; 박희권; 이성준; 임호빈; 정경훈; 조성국
Original assignee: 한온시스템 주식회사
Priority date: 2015-08-24
Filing date: 2015-08-24
Publication date: 2017-03-06
Also published as: KR102307713B1

Abstract

본 발명은 BLDC 전동기에 공급되는 3상 단자간 역기전력을 이용하여 전동기의 회전 위치를 검출하여 패턴으로 획득하고, 획득된 패턴을 정상 패턴과 비교해 동일하지 않을 경우에 동작 오류로 인식하여 전동기의 구동을 정지시킬 수 있도록 하는 BLDC 전동기 동작 오류 검출 시스템 및 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 BLDC 전동기 동작 오류 검출 시스템은, BLDC 전동기; 직류 전압을 3상 교류 전압으로 변환하여 상기 BLDC 전동기에 공급하는 3상 인버터; 상기 BLDC 전동기의 정상적인 동작 상태에서 3상 단자에 대한 역기전력의 증가 또는 감소와 영교차(ZC)점에 근거해 산출된 회전 위치값들이 정상 패턴으로 저장되어 있는 정상패턴 저장부; 상기 3상 인버터의 3상 출력 단자로부터 각 상(U, V, W)의 역기전력을 측정하는 역기전력 측정부; 및 상기 측정된 각 상(U, V, W)의 역기전력에 따라 회전 위치값들을 산출하여 패턴으로 획득하고, 획득한 패턴을 상기 정상 패턴과 비교해 동일하지 않는 경우에 동작 오류로 인식하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

ＢＬＤＣ 전동기 동작 오류 검출 시스템 및 방법{Method and system for detecting an error of driving in brushless direct current motor}

본 발명은 브러시리스 직류 전동기 동작 오류 검출 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 자세하게는 브러시리스 직류(BrushLess Direct Current, 이하 BLDC) 전동기에 공급되는 3상 단자간 역기전력을 이용하여 전동기의 회전 위치를 검출하여 패턴으로 획득하고, 획득된 패턴을 정상 패턴과 비교해 동일하지 않을 경우에 동작 오류로 인식하여 전동기의 구동을 정지시킬 수 있도록 하는 BLDC 전동기 동작 오류 검출 시스템 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로 BLDC 전동기(Motor)는 구조가 간단하고 효율이 높아 산업분야에서널리 사용되고 있다. 이러한 BLDC 전동기는 회전자의 자속이 고정자인 영구자석의 자계와 동기되어 회전하기 때문에 회전자의 위치 정보가 반드시 필요하며, 이를 위해 홀센서와 같은 위치검출장치가 사용된다.

하지만, 이러한 회전자 위치검출장치는 전동기의 가격 및 부피를 상승시킬 뿐만 아니라 고장에 의해 신뢰성을 저하시키고 전자파 장애 등 다양한 문제를 유발시키게 된다. 이러한 문제점을 보완하기 위해 근래에는 회전자 위치검출장치를 사용하지 않고도 전동기를 구동시킬 수 있는 센서리스(Sensorless) 구동 방법이 사용되고 있다. 이러한 BLDC 전동기의 센서리스 구동 방법으로는 전동기 회전 시 각 상의 고정자 코일에서 발생하는 역기전력을 추출하고, 상 역기전력의 영교차(Zero Crossing, 이하 ZC)점을 이용하여 회전자의 위치정보 및 각 상 전류의 전환 시점을 추정하여 전동기를 구동하는 방법이 주로 이용된다.

도 1은 종래 3상의 역기전력과 영교차점을 이용해 BLDC 전동기의 회전자 위치를 검출하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 3상(U상, V상, W상) 단자의 전압을 측정해 역기전력을 획득하고, 중성점은 역기전력의 평균값으로 산출하여, 중성점과 역기전력이 교차하는 ZC점을 획득한다.

ZC점은 BLDC 전동기의 전기적 1회전(360°) 당 6 회가 발생하므로, 60° 간격으로 위치를 검출하는 근거가 되기에, ZC점을 이용하여 위치를 검출하는 알고리즘을 ZC 알고리즘이라 한다.

이와 같이 역기전력을 이용하는 ZC 알고리즘은 역기전력의 크기가 작은 저속 영역에 취약한 특성이 있다. 역기전력이 작은 영역에서는 잡음(Noise)에 의해 위치를 잘 못 판단할 가능성이 커진다. 따라서, 잡음에 의해 위치 오판단이 발생했는지 발생하지 않았는지 검출할 수 있는 기술이 요구되고 있다.

일본 공개특허공보 제2010-539873호(공개일 : 2010.12.16)

전술한 요구 사항을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, BLDC 전동기에 공급되는 3상 단자간 역기전력을 이용하여 전동기의 회전 위치를 검출하여 패턴으로 획득하고, 획득된 패턴을 정상 패턴과 비교해 동일하지 않을 경우에 동작 오류로 인식하여 전동기의 구동을 정지시킬 수 있도록 하는 BLDC 전동기 동작 오류 검출 시스템 및 방법을 제공함에 있다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 BLDC 전동기 동작 오류 검출 시스템은, BLDC 전동기; 직류 전압을 3상 교류 전압으로 변환하여 상기 BLDC 전동기에 공급하는 3상 인버터; 상기 BLDC 전동기의 정상적인 동작 상태에서 3상 단자에 대한 역기전력의 증가 또는 감소와 영교차(Zero Crossing, 이하 ZC)점에 근거해 산출된 회전 위치값들이 정상 패턴으로 저장되어 있는 정상패턴 저장부; 상기 3상 인버터의 3상 출력 단자로부터 각 상(U, V, W)의 역기전력을 측정하는 역기전력 측정부; 및 상기 측정된 각 상(U, V, W)의 역기전력에 따라 회전 위치값들을 산출하여 패턴으로 획득하고, 획득한 패턴을 상기 정상 패턴과 비교해 동일하지 않는 경우에 동작 오류로 인식하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제어부는 상기 BLDC 전동기의 동작 오류로 인식한 경우에 상기 직류 전압이 상기 3상 인버터에 공급되지 않도록 하여 상기 BLDC 전동기의 동작을 중지시키게 된다.

또한, 상기 정상패턴 저장부는, 상기 BLDC 전동기의 정상적인 동작 상태에서, 교차 상 W 상이 감소하며 ZC점이 발생하는 0°~ 60°의 위치값이 제1 섹션(Section 1)으로 배열되고, 교차 상 V 상이 증가하며 ZC점이 발생하는 60°~ 120°의 위치값이 제2 섹션(Section 2)으로 배열되며, 교차 상 U 상이 감소하며 ZC점이 발생하는 120°~ 180°의 위치값이 제3 섹션(Section 3)으로 배열되며, 교차 상 W 상이 증가하며 ZC점이 발생하는 180°~ 240°의 위치값이 제4 섹션(Section 4)으로 배열되며, 교차 상 V 상이 감소하며 ZC점이 발생하는 240°~ 300°의 위치값이 제5 섹션(Section 5)으로 배열되며, 교차 상 U 상이 증가하며 ZC점이 발생하는 300°~ 360°의 위치값이 제6 섹션(Section 6)으로 배열된 정상 패턴을 저장하고 있다.

또한, 상기 제어부는, 상기 측정된 각 상(U, V, W)의 역기전력의 평균값을 중성점으로 산출하고, 상기 ZC점에 대해 3상 중 어느 상의 역기전력이 중성점과 교차했는지를 확인하고, 교차 시점에 역기전력이 증가 중인지 감소 중인지를 확인하여 상기 ZC점의 위치값을 산출하게 된다.

또한, 상기 제어부는, 상기 산출된 ZC점이 0°~ 60°의 위치값에 해당하면 제1 섹션(Section 1)으로 배열하고, 상기 산출된 ZC점이 60°~ 120°의 위치값에 해당하면 제2 섹션(Section 2)으로 배열하며, 상기 산출된 ZC점이 120°~ 180°의 위치값에 해당하면 제3 섹션(Section 3)으로 배열하며, 상기 산출된 ZC점이 180°~ 240°의 위치값에 해당하면 제4 섹션(Section 4)으로 배열하며, 상기 산출된 ZC점이 240°~ 300°의 위치값에 해당하면 제5 섹션(Section 5)으로 배열하며, 상기 산출된 ZC점이 300°~ 360°의 위치값에 해당하면 제6 섹션(Section 6)으로 배열하게 된다.

그리고, 상기 제어부는 상기 정상패턴 저장부에 제1 섹션, 제2 섹션, 제3 섹션, 제4 섹션, 제5 섹션 및 제6 섹션으로 배열되어 있는 정상 패턴에 근거해, 상기 측정된 각 상(U, V, W)의 역기전력에 따라 중성점을 산출하고, 각 상의 역기전력과 중성점이 교차하는 ZC점들을 산출하며, 산출된 ZC점들이 해당된 각 구간 위치값들을 각 섹션으로 배열하여, 각 섹션의 배열 순서와 상기 정상 패턴의 각 섹션 배열 순서가 동일하지 않는 경우에 비정상 동작으로 인식하여 상기 BLDC 전동기의 동작을 중지시키게 된다.

한편, 전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 BLDC 전동기 동작 오류 검출 방법은, BLDC 전동기의 정상적인 동작 상태에서 3상 인버터의 3상 출력 단자에 대한 역기전력의 증가 또는 감소와 영교차(Zero Crossing, 이하 ZC)점에 근거해 산출된 회전 위치값들이 정상 패턴으로 저장되어 있는 시스템의 BLDC 전동기 동작 오류 검출 방법으로서, (a) 상기 3상 인버터의 3상 출력 단자로부터 각 상(U, V, W)의 역기전력을 측정하는 단계; (b) 상기 측정된 각 상(U, V, W)의 역기전력에 따라 회전 위치값들을 산출하여 위치 패턴을 생성하는 단계; (c) 상기 생성된 위치 패턴을 상기 정상 패턴과 비교하는 단계; 및 (d) 상기 생성된 위치 패턴과 상기 정상 패턴이 동일하지 않는 경우에 동작 오류로 인식하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 (d) 단계는, 상기 BLDC 전동기의 동작 오류로 인식한 경우에 직류 전압이 상기 3상 인버터에 공급되지 않도록 하여 상기 BLDC 전동기의 동작을 중지시키게 된다.

또한, 상기 정상 패턴은, 상기 BLDC 전동기의 정상적인 동작 상태에서, 교차 상 W 상이 감소하며 ZC점이 발생하는 0°~ 60°의 위치값이 제1 섹션(Section 1)으로 배열되고, 교차 상 V 상이 증가하며 ZC점이 발생하는 60°~ 120°의 위치값이 제2 섹션(Section 2)으로 배열되며, 교차 상 U 상이 감소하며 ZC점이 발생하는 120°~ 180°의 위치값이 제3 섹션(Section 3)으로 배열되며, 교차 상 W 상이 증가하며 ZC점이 발생하는 180°~ 240°의 위치값이 제4 섹션(Section 4)으로 배열되며, 교차 상 V 상이 감소하며 ZC점이 발생하는 240°~ 300°의 위치값이 제5 섹션(Section 5)으로 배열되며, 교차 상 U 상이 증가하며 ZC점이 발생하는 300°~ 360°의 위치값이 제6 섹션(Section 6)으로 배열된 것이다.

또한, 상기 (d) 단계는, 상기 측정된 각 상(U, V, W)의 역기전력의 평균값을 중성점으로 산출하고, 상기 ZC점에 대해 3상 중 어느 상의 역기전력이 중성점과 교차했는지를 확인하고, 교차 시점에 역기전력이 증가 중인지 감소 중인지를 확인하여 상기 ZC점의 위치값을 산출하게 된다.

또한, 상기 (d) 단계는, 상기 산출된 ZC점이 0°~ 60°의 위치값에 해당하면 제1 섹션(Section 1)으로 배열하고, 상기 산출된 ZC점이 60°~ 120°의 위치값에 해당하면 제2 섹션(Section 2)으로 배열하며, 상기 산출된 ZC점이 120°~ 180°의 위치값에 해당하면 제3 섹션(Section 3)으로 배열하며, 상기 산출된 ZC점이 180°~ 240°의 위치값에 해당하면 제4 섹션(Section 4)으로 배열하며, 상기 산출된 ZC점이 240°~ 300°의 위치값에 해당하면 제5 섹션(Section 5)으로 배열하며, 상기 산출된 ZC점이 300°~ 360°의 위치값에 해당하면 제6 섹션(Section 6)으로 배열하게 된다.

그리고, 상기 (d) 단계는, 상기 정상 패턴이 제1 섹션, 제2 섹션, 제3 섹션, 제4 섹션, 제5 섹션 및 제6 섹션으로 배열되어 있는 것에 근거해, 상기 측정된 각 상(U, V, W)의 역기전력에 따라 중성점을 산출하고, 각 상의 역기전력과 중성점이 교차하는 ZC점들을 산출하며, 산출된 ZC점들이 해당된 각 구간 위치값들을 각 섹션으로 배열하여, 각 섹션의 배열 순서와 상기 정상 패턴의 각 섹션 배열 순서가 동일하지 않는 경우에 동작 오류로 인식하게 된다.

본 발명에 의하면, BLDC 전동기의 역기전력이 작은 영역에서 센서리스 알고리즘의 정상 작동 유무를 판단할 수 있어 잡음(Noise)에 의해 위치를 잘 못 판단할 가능성이 줄어든다.

또한, BLDC 전동기의 역기전력과 중성점이 교차하는 ZC점들에 따른 위치값이 6회 이상 연속으로 정상 신호로 누적되어야 정상 동작으로 인식하게 되므로 동작 오류 검출의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

그리고, BLDC 전동기의 회전자 위치 정보가 정확할 때만 전동기를 구동시킴으로써 기동 실패 및 기동 실패에 의한 소음을 제거할 수 있다.

도 1은 종래 3상의 역기전력과 영교차점을 이용해 BLDC 전동기의 회전자 위치를 검출하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 BLDC 전동기 동작 오류 검출 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 BLDC 전동기의 역기전력과 중성점의 ZC점에 따른 위치값이 배열된 정상 패턴을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 BLDC 전동기 동작 오류 검출 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 정상 패턴과 위치(측정) 패턴을 비교하여 정상 동작과 동작 오류를 인식하는 예를 나타낸 도면이다.

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.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.

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.

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.

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.

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.

"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.

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.

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.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 BLDC 전동기 동작 오류 검출 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 구성도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 BLDC 전동기 동작 오류 검출 시스템(100)은, BLDC 전동기(110), 3상 인버터(120), 역기전력 측정부(130), 정상패턴 저장부(140), 제어부(150) 및 전원부(160)를 포함한다.

BLDC 전동기(110)는 3상 교류 전압에 따라 회전에 따른 구동력을 제공한다.

3상 인버터(120)는 직류 전압을 3상 교류 전압으로 변환하여 BLDC 전동기(110)에 공급한다.

역기전력 측정부(130)는 3상 인버터(120)의 3상 출력 단자로부터 각 상(U, V, W)의 역기전력을 측정한다.

정상패턴 저장부(140)는 BLDC 전동기(110)의 정상적인 동작 상태에서 3상 출력 단자에 대한 역기전력의 증가 또는 감소와 영교차(ZC)점에 근거해 산출된 회전 위치값들이 정상 패턴으로 저장되어 있다.

또한, 정상패턴 저장부(140)는, 정상 패턴에 대해, 도 3에 도시된 바와 같이 BLDC 전동기(110)의 정상적인 동작 상태에서 교차 상 W 상이 감소하며 ZC점이 발생하는 0°~ 60°의 위치값이 제1 섹션(Section 1)으로 배열되고, 교차 상 V 상이 증가하며 ZC점이 발생하는 60°~ 120°의 위치값이 제2 섹션(Section 2)으로 배열되며, 교차 상 U 상이 감소하며 ZC점이 발생하는 120°~ 180°의 위치값이 제3 섹션(Section 3)으로 배열되며, 교차 상 W 상이 증가하며 ZC점이 발생하는 180°~ 240°의 위치값이 제4 섹션(Section 4)으로 배열되며, 교차 상 V 상이 감소하며 ZC점이 발생하는 240°~ 300°의 위치값이 제5 섹션(Section 5)으로 배열되며, 교차 상 U 상이 증가하며 ZC점이 발생하는 300°~ 360°의 위치값이 제6 섹션(Section 6)으로 배열된 정상 패턴을 저장하고 있다. 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 BLDC 전동기의 역기전력과 중성점의 ZC점에 따른 위치값이 배열된 정상 패턴을 나타낸 도면이다. 즉, 도 3에 도시된 바와 같이 정상 패턴은 위치값이 제1 섹션(Section 1) 내지 제6 섹션(Section 6)으로 배열되어 있다.

제어부(150)는 측정된 각 상(U, V, W)의 역기전력에 따라 회전 위치값들을 산출하여 위치 패턴으로 획득하고, 획득한 위치 패턴을 정상 패턴과 비교해 동일하지 않는 경우에 동작 오류로 인식한다.

또한, 제어부(150)는 BLDC 전동기(110)의 동작 오류로 인식한 경우에 직류 전압이 3상 인버터(120)에 공급되지 않도록 하여 BLDC 전동기(110)의 동작을 중지시키게 된다.

또한, 제어부(150)는, 측정된 각 상(U, V, W)의 역기전력의 평균값을 중성점으로 산출하고, ZC점에 대해 3상 중 어느 상의 역기전력이 중성점과 교차했는지를 확인하고, 교차 시점에 역기전력이 증가 중인지 감소 중인지를 확인하여 ZC점의 위치값을 산출하게 된다.

또한, 제어부(150)는, 산출된 ZC점이 0°~ 60°의 위치값에 해당하면 제1 섹션(Section 1)으로 배열하고, 상기 산출된 ZC점이 60°~ 120°의 위치값에 해당하면 제2 섹션(Section 2)으로 배열하며, 상기 산출된 ZC점이 120°~ 180°의 위치값에 해당하면 제3 섹션(Section 3)으로 배열하며, 상기 산출된 ZC점이 180°~ 240°의 위치값에 해당하면 제4 섹션(Section 4)으로 배열하며, 상기 산출된 ZC점이 240°~ 300°의 위치값에 해당하면 제5 섹션(Section 5)으로 배열하며, 상기 산출된 ZC점이 300°~ 360°의 위치값에 해당하면 제6 섹션(Section 6)으로 배열하게 된다.

그리고, 제어부(150)는 정상패턴 저장부(140)에 제1 섹션, 제2 섹션, 제3 섹션, 제4 섹션, 제5 섹션 및 제6 섹션으로 배열되어 있는 정상 패턴에 근거해, 역기전력 측정부(130)를 통해 측정된 각 상(U, V, W)의 역기전력에 따라 중성점을 산출하고, 각 상의 역기전력과 중성점이 교차하는 ZC점들을 산출하며, 산출된 ZC점들이 해당된 각 구간 위치값들을 각 섹션으로 배열하여, 각 섹션의 배열 순서와 정상 패턴의 각 섹션 배열 순서가 동일하지 않는 경우에 비정상 동작으로 인식하여 BLDC 전동기(110)의 동작을 중지시키게 된다.

전원부(160)는 직류 전압을 3상 인버터(120)에 제공한다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 BLDC 전동기 동작 오류 검출 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도를 나타낸 도면이다.

도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 BLDC 전동기 동작 오류 검출 시스템(100)은, 역기전력 측정부(130)가 3상 인버터(120)의 3상 출력 단자로부터 각 상(U, V, W)의 역기전력을 측정한다(S410).

즉, 역기전력 측정부(130)는 3상 출력 단자로부터 도 3에 도시된 바와 같이 각 상(U, V, W)의 역기전력을 측정하여 제어부(150)에 전달한다.

이어, 제어부(150)는 측정된 각 상(U, V, W)의 역기전력에 따라 회전 위치값들을 산출하여 위치(측정) 패턴을 생성한다(S420).

즉, 제어부(150)는 측정된 각 상(U, V, W)의 역기전력의 평균값을 중성점으로 산출하고, ZC점에 대해 3상 중 어느 상의 역기전력이 중성점과 교차했는지를 확인하고, 교차 시점에 역기전력이 증가 중인지 감소 중인지를 확인하여 ZC점의 위치값을 산출하게 된다.

이어, 제어부(150)는 산출된 ZC점이 0°~ 60°의 위치값에 해당하면 제1 섹션(Section 1)으로 배열하고, 산출된 ZC점이 60°~ 120°의 위치값에 해당하면 제2 섹션(Section 2)으로 배열하며, 산출된 ZC점이 120°~ 180°의 위치값에 해당하면 제3 섹션(Section 3)으로 배열하며, 산출된 ZC점이 180°~ 240°의 위치값에 해당하면 제4 섹션(Section 4)으로 배열하며, 산출된 ZC점이 240°~ 300°의 위치값에 해당하면 제5 섹션(Section 5)으로 배열하며, 산출된 ZC점이 300°~ 360°의 위치값에 해당하면 제6 섹션(Section 6)으로 배열함으로써 위치(측정) 패턴을 생성하게 된다.

이어, 제어부(150)는 생성된 위치(측정) 패턴을 정상 패턴과 비교한다(S430).

여기서, 정상 패턴은, BLDC 전동기의 정상적인 동작 상태에서, 교차 상 W 상이 감소하며 ZC점이 발생한 0°~ 60°의 위치값을 제1 섹션(Section 1)으로 배열하고, 교차 상 V 상이 증가하며 ZC점이 발생한 60°~ 120°의 위치값을 제2 섹션(Section 2)으로 배열하며, 교차 상 U 상이 감소하며 ZC점이 발생한 120°~ 180°의 위치값을 제3 섹션(Section 3)으로 배열하며, 교차 상 W 상이 증가하며 ZC점이 발생한 180°~ 240°의 위치값을 제4 섹션(Section 4)으로 배열하며, 교차 상 V 상이 감소하며 ZC점이 발생한 240°~ 300°의 위치값을 제5 섹션(Section 5)으로 배열하며, 교차 상 U 상이 증가하며 ZC점이 발생한 300°~ 360°의 위치값을 제6 섹션(Section 6)으로 배열한 패턴을 갖는다.

따라서, 제어부(150)는 도 5에 도시된 바와 같이 생성된 위치(측정) 패턴과 정상 패턴이 동일한 경우에(S440-예), BLDC 전동기(110)의 정상 동작으로 인식한다(S450).

그러나, 생성된 위치 패턴과 정상 패턴이 동일하지 않는 경우에(S440-아니오), 도 5에 도시된 바와 같이 제어부(150)는 BLDC 전동기(110)의 동작 오류로 인식한다(S460). 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 정상 패턴과 위치(측정) 패턴을 비교하여 정상 동작과 동작 오류를 인식하는 예를 나타낸 도면이다.

즉, 제어부(150)는 정상 패턴이 제1 섹션, 제2 섹션, 제3 섹션, 제4 섹션, 제5 섹션 및 제6 섹션으로 배열되어 있는 것에 근거해, 측정된 각 상(U, V, W)의 역기전력에 따라 중성점을 산출하고, 각 상의 역기전력과 중성점이 교차하는 ZC점들을 산출하며, 산출된 ZC점들이 해당된 각 구간 위치값들을 각 섹션으로 배열하여, 도 5에 도시된 바와 같이 각 섹션의 배열 순서와 정상 패턴의 각 섹션 배열 순서가 동일하지 않는 경우에 동작 오류로 인식하는 것이다.

이때, 제어부(150)는 BLDC 전동기의 동작 오류로 인식한 경우에, 직류 전압이 3상 인버터에 공급되지 않도록 하여 BLDC 전동기의 동작을 중지시키게 된다.

전술한 바와 같이 본 발명에 의하면, BLDC 전동기에 공급되는 3상 단자간 역기전력을 이용하여 전동기의 회전 위치를 검출하여 패턴으로 획득하고, 획득된 패턴을 정상 패턴과 비교해 동일하지 않을 경우에 동작 오류로 인식하여 전동기의 구동을 정지시킬 수 있도록 하는 BLDC 전동기 동작 오류 검출 시스템 및 방법을 실현할 수 있다.

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.

100 : BLDC 전동기 동작 오류 검출 시스템
110 : BLDC 전동기
120 : 3상 인버터
130 : 역기전력 측정부
140 : 정상패턴 저장부
150 : 제어부
160 : 전원부

Claims

BLDC 전동기;
직류 전압을 3상 교류 전압으로 변환하여 상기 BLDC 전동기에 공급하는 3상 인버터;
상기 BLDC 전동기의 정상적인 동작 상태에서 3상 단자에 대한 역기전력의 증가 또는 감소와 영교차(Zero Crossing, 이하 ZC)점에 근거해 산출된 회전 위치값들이 정상 패턴으로 저장되어 있는 정상패턴 저장부;
상기 3상 인버터의 3상 출력 단자로부터 각 상(U, V, W)의 역기전력을 측정하는 역기전력 측정부; 및
상기 측정된 각 상(U, V, W)의 역기전력에 따라 회전 위치값들을 산출하여 패턴으로 획득하고, 획득한 패턴을 상기 정상 패턴과 비교해 동일하지 않는 경우에 동작 오류로 인식하는 제어부;
를 포함하는 BLDC 전동기 동작 오류 검출 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 제어부는 상기 BLDC 전동기의 동작 오류로 인식한 경우에 상기 직류 전압이 상기 3상 인버터에 공급되지 않도록 하여 상기 BLDC 전동기의 동작을 중지시키는 것을 특징으로 하는 BLDC 전동기 동작 오류 검출 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 정상패턴 저장부는, 상기 BLDC 전동기의 정상적인 동작 상태에서, 교차 상 W 상이 감소하며 ZC점이 발생하는 0°~ 60°의 위치값이 제1 섹션(Section 1)으로 배열되고, 교차 상 V 상이 증가하며 ZC점이 발생하는 60°~ 120°의 위치값이 제2 섹션(Section 2)으로 배열되며, 교차 상 U 상이 감소하며 ZC점이 발생하는 120°~ 180°의 위치값이 제3 섹션(Section 3)으로 배열되며, 교차 상 W 상이 증가하며 ZC점이 발생하는 180°~ 240°의 위치값이 제4 섹션(Section 4)으로 배열되며, 교차 상 V 상이 감소하며 ZC점이 발생하는 240°~ 300°의 위치값이 제5 섹션(Section 5)으로 배열되며, 교차 상 U 상이 증가하며 ZC점이 발생하는 300°~ 360°의 위치값이 제6 섹션(Section 6)으로 배열된 정상 패턴을 저장하고 있는 것을 특징으로 하는 BLDC 전동기 동작 오류 검출 시스템.
청구항 3에 있어서,
상기 정상패턴 저장부에 제1 섹션, 제2 섹션, 제3 섹션, 제4 섹션, 제5 섹션 및 제6 섹션으로 배열되어 있는 정상 패턴에 근거해, 상기 제어부는 상기 측정된 각 상(U, V, W)의 역기전력에 따라 중성점을 산출하고, 각 상의 역기전력과 중성점이 교차하는 ZC점들을 산출하며, 산출된 ZC점들이 해당된 각 구간 위치값들을 각 섹션으로 배열하여, 각 섹션의 배열 순서와 상기 정상 패턴의 각 섹션 배열 순서가 동일하지 않는 경우에 비정상 동작으로 인식하여 상기 BLDC 전동기의 동작을 중지시키는 것을 특징으로 하는 BLDC 전동기 동작 오류 검출 시스템.
청구항 4에 있어서,
상기 제어부는, 상기 측정된 각 상(U, V, W)의 역기전력의 평균값을 중성점으로 산출하고, 상기 ZC점에 대해 3상 중 어느 상의 역기전력이 중성점과 교차했는지를 확인하고, 교차 시점에 역기전력이 증가 중인지 감소 중인지를 확인하여 상기 ZC점의 위치값을 산출하는 것을 특징으로 하는 BLDC 전동기 동작 오류 검출 시스템.
청구항 4에 있어서,
상기 제어부는, 상기 산출된 ZC점이 0°~ 60°의 위치값에 해당하면 제1 섹션(Section 1)으로 배열하고, 상기 산출된 ZC점이 60°~ 120°의 위치값에 해당하면 제2 섹션(Section 2)으로 배열하며, 상기 산출된 ZC점이 120°~ 180°의 위치값에 해당하면 제3 섹션(Section 3)으로 배열하며, 상기 산출된 ZC점이 180°~ 240°의 위치값에 해당하면 제4 섹션(Section 4)으로 배열하며, 상기 산출된 ZC점이 240°~ 300°의 위치값에 해당하면 제5 섹션(Section 5)으로 배열하며, 상기 산출된 ZC점이 300°~ 360°의 위치값에 해당하면 제6 섹션(Section 6)으로 배열하는 것을 특징으로 하는 BLDC 전동기 동작 오류 검출 시스템.
BLDC 전동기의 정상적인 동작 상태에서 3상 인버터의 3상 출력 단자에 대한 역기전력의 증가 또는 감소와 영교차(Zero Crossing, 이하 ZC)점에 근거해 산출된 회전 위치값들이 정상 패턴으로 저장되어 있는 시스템의 BLDC 전동기 동작 오류 검출 방법으로서,
(a) 상기 3상 인버터의 3상 출력 단자로부터 각 상(U, V, W)의 역기전력을 측정하는 단계;
(b) 상기 측정된 각 상(U, V, W)의 역기전력에 따라 회전 위치값들을 산출하여 위치 패턴을 생성하는 단계;
(c) 상기 생성된 위치 패턴을 상기 정상 패턴과 비교하는 단계; 및
(d) 상기 생성된 위치 패턴과 상기 정상 패턴이 동일하지 않는 경우에 동작 오류로 인식하는 단계;
를 포함하는 BLDC 전동기 동작 오류 검출 방법.
청구항 7에 있어서,
상기 (d) 단계는, 상기 BLDC 전동기의 동작 오류로 인식한 경우에 직류 전압이 상기 3상 인버터에 공급되지 않도록 하여 상기 BLDC 전동기의 동작을 중지시키는 것을 특징으로 하는 BLDC 전동기 동작 오류 검출 방법.
청구항 7에 있어서,
상기 정상 패턴은, 상기 BLDC 전동기의 정상적인 동작 상태에서, 교차 상 W 상이 감소하며 ZC점이 발생하는 0°~ 60°의 위치값이 제1 섹션(Section 1)으로 배열되고, 교차 상 V 상이 증가하며 ZC점이 발생하는 60°~ 120°의 위치값이 제2 섹션(Section 2)으로 배열되며, 교차 상 U 상이 감소하며 ZC점이 발생하는 120°~ 180°의 위치값이 제3 섹션(Section 3)으로 배열되며, 교차 상 W 상이 증가하며 ZC점이 발생하는 180°~ 240°의 위치값이 제4 섹션(Section 4)으로 배열되며, 교차 상 V 상이 감소하며 ZC점이 발생하는 240°~ 300°의 위치값이 제5 섹션(Section 5)으로 배열되며, 교차 상 U 상이 증가하며 ZC점이 발생하는 300°~ 360°의 위치값이 제6 섹션(Section 6)으로 배열된 것을 특징으로 하는 BLDC 전동기 위치 오류 검출 방법.
청구항 9에 있어서,
상기 (d) 단계는, 상기 정상 패턴이 제1 섹션, 제2 섹션, 제3 섹션, 제4 섹션, 제5 섹션 및 제6 섹션으로 배열되어 있는 것에 근거해, 상기 측정된 각 상(U, V, W)의 역기전력에 따라 중성점을 산출하고, 각 상의 역기전력과 중성점이 교차하는 ZC점들을 산출하며, 산출된 ZC점들이 해당된 각 구간 위치값들을 각 섹션으로 배열하여, 각 섹션의 배열 순서와 상기 정상 패턴의 각 섹션 배열 순서가 동일하지 않는 경우에 동작 오류로 인식하는 것을 특징으로 하는 BLDC 전동기 위치 오류 검출 방법.
청구항 10에 있어서,
상기 (d) 단계는, 상기 측정된 각 상(U, V, W)의 역기전력의 평균값을 중성점으로 산출하고, 상기 ZC점에 대해 3상 중 어느 상의 역기전력이 중성점과 교차했는지를 확인하고, 교차 시점에 역기전력이 증가 중인지 감소 중인지를 확인하여 상기 ZC점의 위치값을 산출하는 것을 특징으로 하는 BLDC 전동기 위치 오류 검출 방법.
청구항 10에 있어서,
상기 (d) 단계는, 상기 산출된 ZC점이 0°~ 60°의 위치값에 해당하면 제1 섹션(Section 1)으로 배열하고, 상기 산출된 ZC점이 60°~ 120°의 위치값에 해당하면 제2 섹션(Section 2)으로 배열하며, 상기 산출된 ZC점이 120°~ 180°의 위치값에 해당하면 제3 섹션(Section 3)으로 배열하며, 상기 산출된 ZC점이 180°~ 240°의 위치값에 해당하면 제4 섹션(Section 4)으로 배열하며, 상기 산출된 ZC점이 240°~ 300°의 위치값에 해당하면 제5 섹션(Section 5)으로 배열하며, 상기 산출된 ZC점이 300°~ 360°의 위치값에 해당하면 제6 섹션(Section 6)으로 배열하는 것을 특징으로 하는 BLDC 전동기 위치 오류 검출 방법.