KR20180085581A

KR20180085581A - 모터 구동장치, 및 그를 포함하는 전동화 잔디 깎기

Info

Publication number: KR20180085581A
Application number: KR1020170009309A
Authority: KR
Inventors: 이호열
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2017-01-19
Filing date: 2017-01-19
Publication date: 2018-07-27
Also published as: KR102289209B1

Abstract

본 발명의 실시 예에 따른 전동형 잔디 깎기에 구비되는 모터 구동 장치는, 모터의 구동을 위한 제1 전류를 인가하는 인버터, 및 상기 모터의 구동 중, 상기 모터의 구동을 정지하는 정지 명령을 수신하고, 수신된 정지 명령에 응답하여, 상기 모터의 회전 속도를 감속시키기 위한 제2 전류를 인가하도록 상기 인버터를 제어하고, 상기 제2 전류의 인가에 따라 감속되는 상기 모터의 회전 속도가 얼라인 가능 속도에 도달하는 경우, 상기 모터를 얼라인시키기 위한 제3 전류를 인가하도록 상기 인버터를 제어하는 인버터 제어부를 포함한다.

Description

모터 구동장치, 및 그를 포함하는 전동화 잔디 깎기{MOTOR DRIVING APPARATUS AND ELECTRIC LAWN MOWER INCLUDING SAME}

본 발명은 모터 구동 장치에 대한 것으로, 특히 전동화 잔디 깎기에 구비되는 모터를 구동하는 장치에 대한 것이다.

잔디 깎기는 가정의 정원이나 운동장 등에 심어진 잔디를 다듬기 위한 장치이다. 이러한 잔디 깎기의 예로서, 사람이 직접 잔디 깎기를 뒤에서 밀고 다니며 잔디를 깎는 워크 비하인드(walk behind) 타입과, 사람이 직접 손으로 들고 다니는 핸드 타입, 스스로 전진하면서 잔디를 깎는 자주식 잔디 깎기 등 다양한 타입의 잔디 깎기가 존재한다.

잔디 깎기는 구동원의 구동력을 이용하여 블레이드를 회전시킴으로써 잔디를 깎을 수 있다. 일반적으로 상기 구동원으로는, 배터리에 의하여 구동하는 전기 모터 또는 가솔린 엔진 등이 사용된다. 전동화 잔디 깎기는 구동원이 전기 모터인 경우를 의미하고, 엔진형 잔디 깎기는 구동원이 가솔린 엔진인 경우를 의미할 수 있다. 최근에는 환경 문제나 관리 용이성 등을 이유로 전동화 잔디 깎기가 많이 등장하고 있는 추세이다.

잔디 깎기와 관련된 규격으로서 UL1447 규격에서는, 잔디 깎기의 블레이드 회전 중 정지 명령이 입력되는 경우, 상기 블레이드가 3초 이내에 정지되어야 한다고 명시하고 있다. 정지 명령시 블레이드가 소정 시간 이내에 빠르게 정지되지 못하는 경우, 예상치 못한 피해가 발생할 수 있다. 예컨대, 블레이드가 자갈이나 나뭇가지 등과 같은 이물질과 접촉하거나 이물질에 걸리는 경우, 정지 명령 입력 후에도 블레이드가 계속 회전한다면 블레이드의 손상이나 파손 위험이 보다 높아질 수 있다. 뿐만 아니라, 작업자 등의 신체가 접촉한 후에도 블레이드가 계속 회전하면, 작업자 등의 부상이 더욱 심각해질 수도 있다.

기존 엔진형 잔디 깎기의 경우, 회전 속도를 감속시키는 브레이크 또는 감속 장치가 별도로 존재하나, 전동화 잔디 깎기의 경우에는 브레이크와 같은 장치가 구비되지 않으므로, 엔진형 잔디 깎기와는 다른 방식으로 회전 속도를 감속시킬 필요가 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 별도의 하드웨어 구성을 추가하지 않고도, 정지 명령 수신 시 전동형 잔디 깎기에 구비되는 모터 및 블레이드를 소정 시간 이내에 정지시킬 수 있는 모터 구동 장치를 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 다양한 길이를 갖는 블레이드가 모터에 연결되더라도, 상기 모터 및 상기 블레이드를 소정 시간 이내에 정지시킬 수 있는 모터 구동 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 과제를 해결하기 위한 일 측면에 따르면, 모터 구동 장치는 모터의 구동을 위한 제1 전류를 인가하는 인버터와, 상기 인버터의 동작을 제어하는 인버터 제어부를 포함할 수 있다. 상기 인버터 제어부는, 상기 모터의 구동을 정지하는 정지 명령을 수신하고, 수신된 정지 명령에 따라 상기 모터의 회전 속도를 감속시키기 위한 제2 전류를 인가하도록 상기 인버터를 제어할 수 있다. 상기 제2 전류는 상기 제1 전류와 역방향으로 흐를 수 있다. 상기 감속되는 모터의 회전 속도가 얼라인 가능 속도에 도달하는 경우, 상기 인버터 제어부는 상기 모터를 얼라인시키기 위한 제3 전류를 인가하도록 상기 인버터를 제어할 수 있다.

본 발명의 다른 과제를 해결하기 위한 일 측면에 따르면, 모터 구동 장치의 인버터 제어부는, 상기 모터에 연결되어 잔디를 절삭하는 블레이드의 길이에 따라 상기 제2 전류의 크기를 달리할 수 있다. 상기 인버터 제어부는, 상기 제1 전류의 크기에 기초하여 상기 블레이드의 길이를 추정할 수 있다. 이를 위해, 모터 구동 장치는 제1 전류의 크기에 대응하는 블레이드의 길이 정보를 저장하는 메모리를 더 포함할 수 있다. 상기 블레이드의 길이가 길어질수록, 상기 제2 전류의 크기는 증가할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 전동형 잔디 깎기에 구비되는 모터 구동 장치는, 정지 명령 수신 시 모터의 구동을 위한 전류와 역방향을 갖는 전류를 모터로 인가시킴으로써, 모터의 회전 속도를 빠르게 감속시킬 수 있다. 즉, 본 발명의 실시 예에 따른 모터 구동 장치를 구비하는 전동형 잔디 깎이는, 정지 명령 입력 시 모터의 회전 속도를 강제로 감소시키기 위한 별도의 감속 장치를 추가하지 않고도, 모터를 소정 시간 이내에 효과적으로 정지시킬 수 있다. 이에 따라, 정지 명령 입력 후에도 모터 및 블레이드가 지속적으로 회전함에 따른 블레이드의 손상이나 파손 가능성을 감소시킬 뿐만 아니라, 작업자 등의 부상 위험까지도 감소시킬 수 있다.

또한, 상기 별도의 감속 장치가 추가되지 않으므로, 전동형 잔디 깎기의 제조 비용이 절감될 수 있을 뿐만 아니라, 상기 감속 장치의 교체를 위한 유지 보수 비용까지도 절감될 수 있다. 사용자 측면에서는, 감속 장치를 주기적으로 교체하는 등의 관리가 필요하지 않으므로, 전동형 잔디 깎기의 관리 편의성이 향상될 수 있다.

뿐만 아니라, 본 발명의 실시 예에 따른 모터 구동 장치는, 모터를 정지하기 위한 역방향의 전류 인가시, 모터에 연결된 블레이드의 길이에 기초하여 서로 다른 크기의 전류를 인가할 수 있다. 이에 따라, 모터 구동 장치는 블레이드의 길이와 관계없이 모터를 소정 시간 이내에 정지시킬 수 있으므로, 블레이드의 길이에 따른 정지 성능의 차이를 제거할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 잔디 깎기를 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 잔디 깎기에 구비된 모터와 블레이드 간의 결합 구조의 일 실시 예를 보여주는 종단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 잔디 깎기의 제어 구조에 대한 개략적인 블록도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 잔디 깎기에 포함된 모터 구동 장치의 제어 동작을 설명하기 위한 플로우차트이다.
도 5는 도 4에 도시된 실시 예에 따른 모터 구동 장치의 전류 제어 동작과 관련된 실시 예를 그래프 형태로 도시한 것이고, 도 6은 도 5의 전류 제어 동작에 따른 모터의 회전 속도 변화를 그래프 형태로 도시한 것이다.
도 7은 도 4에 도시된 실시 예에 따른 모터 구동 장치의 전류 제어 동작과 관련된 다른 실시 예를 그래프 형태로 도시한 것이고, 도 8은 도 7의 전류 제어 동작에 따른 모터의 회전 속도 변화를 그래프 형태로 도시한 것이다.
도 9는 모터와 결합된 블레이드의 길이에 따른 모터 구동 장치의 전류 제어 동작과 관련된 실시 예를 그래프 형태로 도시한 것이다.

본 명세서에서 설명하는 잔디 깎기는 모터를 구비하는 전동형 잔디 깎기를 의미한다. 상기 모터는 BLDC 모터(Brushless DC motor)로 구현될 수 있다.

BLDC 모터는 브러시가 없는 DC 모터로서, 브러시로 인한 스파크나 소음의 발생이 방지될 수 있다. 따라서, 일반적인 DC 모터에 비해 수명이 길고, 배터리의 효율이 높아 다양한 장치에서 사용된다. 이러한 BLDC 모터는 홀 센서(hall sensor)가 구비된 BLDC 모터와, 홀 센서가 구비되지 않는 센서리스 BLDC 모터를 포함할 수 있다.

홀 센서가 구비된 BLDC 모터는, 홀 센서를 이용하여 회전자의 현재 위치를 파악하고, 파악된 위치에 기초하여 회전자를 다음 위치로 회전시키기 위한 구동 신호를 가하는 방식으로 동작할 수 있다. 반면, 센서리스 BLDC 모터는, 모터의 회전 시 발생하는 역기전력을 이용하여 회전자의 위치를 파악하고, 회전자를 다음 위치로 회전시키기 위한 구동 신호를 가하는 방식으로 동작할 수 있다.

이하 본 명세서에서는, BLDC 모터의 구동을 제어하는 모터 구동 장치에 대해 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 잔디 깎기를 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 잔디 깎기에 구비된 모터와 블레이드 간의 결합 구조의 일 실시 예를 보여주는 종단면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 잔디 깎기(1)의 외관을 케이싱(10)이 형성한다. 케이싱(10)에는 잔디를 절삭하기 위한 커팅 장치(20) 및 잔디 깎기(1)의 이동을 위한 이동 장치(30)가 구비된다.

커팅 장치(20)는 모터(21) 및 블레이드(23)를 포함할 수 있다. 모터(21)는 잔디를 절삭하기 위한 구동력을 제공할 수 있다. 모터(21)에는 모터 샤프트(22)가 구비될 수 있다. 예컨대 모터 샤프트(22)는, 케이싱(10)의 저면을 관통하여 하방으로 연장될 수 있다. 블레이드(23)는 모터(21)에 의하여 회전하면서 잔디를 절삭할 수 있다. 이를 위하여, 블레이드(23)는 모터 샤프트(22)의 선단에 결합될 수 있다.

실시 예에 따라, 블레이드(23)는 복수의 브러시를 구비할 수도 있다. 브러시는, 블레이드(23)에 의하여 잔디가 절삭되는 과정에서 케이싱(10)의 저면을 청소할 수 있다. 이를 위해, 브러시는 블레이드(23)의 상면에 고정된 상태에서 블레이드(23)와 함께 회전할 수 있다. 또한 브러시의 선단은 케이싱(10)의 저면에 접촉될 수 있다.

이동 장치(30)는 별도의 구동원을 포함하지 않는 형태로 구현될 수 있다. 즉, 이동 장치(30)는 이동을 위한 바퀴만을 구비하고, 잔디 깎기(1)는 작업자에 의해 가해지는 힘에 의해 이동할 수 있다.

다만, 실시 예에 따라 이동 장치(30)는 이동을 위한 구동력을 제공하는 구동원(예컨대, 모터, 엔진 등)을 더 포함할 수도 있다. 이동 장치(30)가 구동원을 더 포함하는 경우, 잔디 깎기(1)는 스스로 전진하면서 잔디를 절삭하고, 작업자는 잔디 깎기(1)의 주행 방향만을 변경할 수 있다.

실시 예에 따라, 잔디 깎기(1)가 이동 장치(30)를 제어하는 별도의 제어부를 포함하는 경우, 잔디 깎기(1)는 특정 영역을 자율적으로 주행하면서 잔디를 절삭할 수도 있다.

이하, 도 3을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 잔디 깎기(1)에 구비된 모터 구동 장치에 대해 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 잔디 깎기의 제어 구조에 대한 개략적인 블록도이다.

도 3을 참조하면, 잔디 깎기(1)는 모터(21), 블레이드(23), 전원 공급부(40), 모터 구동 장치(50), 및 스위치(60)를 포함할 수 있다. 도 3에 도시된 잔디 깎기(1)에 포함된 구성 요소가 이에 한정되는 것은 아닌 바, 잔디 깎기(1)는 다른 구성 요소들을 더 포함할 수도 있다.

도 2에서 상술한 바와 같이, 모터(21)는 잔디를 절삭하기 위한 구동력을 제공할 수 있다. 모터(21)는 BLDC 모터로 구현될 수 있다. 특히, 모터(21)는 홀 센서를 구비하지 않는 센서리스 BLDC 모터로 구현될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

모터(21; BLDC 모터)는 삼상 모터일 수 있다. 이 경우, 모터(21)는 고정자(stator)와 회전자(rotar)를 구비하고, 각 상의 고정자의 코일에 소정 주파수의 교류 전원이 인가됨으로써 회전자가 회전할 수 있다.

블레이드(23)는 모터(21)에 의해 회전하면서 잔디를 절삭할 수 있다. 블레이드(23)는 금속, 플라스틱, PVC 등 다양한 재질로 형성될 수 있다. 블레이드(23)의 길이 또한 다양하게 형성될 수 있다. 블레이드(23)의 길이가 길수록, 블레이드(23)의 절삭 면적이 넓어질 수 있다. 블레이드(23)의 절삭 면적이 넓어진다 함은, 블레이드(23)가 한번에 절삭하는 잔디의 양이 늘어남을 의미한다. 따라서, 블레이드(23)의 길이가 길어질수록, 블레이드(23) 및 모터(21)에 걸리는 부하가 증가할 수 있다.

한편, 예컨대 잔디 깎기(1)의 동작 시 모터(21) 및 블레이드(23)의 회전 속도는 약 3,000RPM에 해당할 수 있다. 전원 공급부(40; 또는 배터리)로부터의 공급 전압은 동일하므로, 블레이드(23)에 걸리는 부하가 증가하는 경우 모터(21)로 공급되는 전류가 증가할 수 있다. 즉, 잔디 깎기(1)의 모터(21)로 공급되는 전류는 블레이드(23)의 길이와 관련될 수 있다. 이에 대해서는 추후 도 4 내지 도 9를 통해 보다 상세히 설명하기로 한다.

전원 공급부(40)는 잔디 깎기(1)에 구비된 구성 요소들 각각의 동작을 위한 전원을 제공할 수 있다. 전원 공급부(40)는 배터리로 구현될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

모터 구동 장치(50)는 모터(21)의 구동을 제어하기 위한 장치로서, 인버터(51)와 인버터 제어부(53)를 포함할 수 있다.

인버터(51)는 전원 공급부(40)로부터 출력되는 직류 전원을 수신할 수 있다. 인버터(51)는 복수의 인버터 스위칭 소자를 구비하고, 스위칭 소자의 온/오프 동작에 의해 직류 전원을 소정 주파수의 교류 전원(예컨대, 삼상 교류 전원)으로 변환할 수 있다. 변환된 교류 전원은 모터(21)로 출력되고, 모터(21)는 수신된 교류 전원에 기초하여 구동될 수 있다. 상기 스위칭 소자에는 다이오드가 역병렬로 연결될 수 있다. 인버터(51)의 구조에 대해서는 당해 기술분야에서 공지되어 있는 바, 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

실시 예에 따라, 전원 공급부(40)가 교류 전원을 출력하는 경우, 모터 구동 장치(50)는 전원 공급부(40)로부터 출력된 교류 전원을 직류 전원으로 변환하기 위한 컨버터를 더 포함할 수도 있다. 인버터(51)는 상기 컨버터에 의해 변환된 직류 전원을 소정 주파수의 교류 전원으로 변환하고, 변환된 교류 전원을 모터(21)로 출력할 수 있다.

인버터 제어부(53)는 인버터(51)의 스위칭 동작을 제어할 수 있다. 예컨대, 인버터 제어부(53)는 인버터(51)로부터 모터(21)의 각 상으로 출력되는 삼상 출력 전류를 검출하고, 검출된 삼상 출력 전류를 회전좌표계의 2상 전류로 변환할 수 있다. 상기 2상 전류는 q축 전류와 d축 전류에 해당할 수 있다. 상기 q축은 회전축에 대응하고, d축은 자속축에 대응할 수 있다.

인버터 제어부(53)는 모터(21)의 회전을 가속시키고자 하는 경우, q축 전류를 인가(또는 q축 전류의 인가량을 증가)하도록 인버터(51)를 제어할 수 있다. 한편, 인버터 제어부(53)는 모터(21)의 회전을 정지(얼라인(align))시키고자 하는 경우, q축 전류를 인가하지 않고 d축 전류만을 인가하도록 인버터(51)를 제어할 수 있다. d축 전류만이 인가됨에 따라 모터(21)의 회전자는 회전하지 않고 고정될 수 있다.

인버터 제어부(53)는 모터(21)의 회전자 위치에 기초하여 모터(21)의 회전 속도를 연산할 수 있다. 모터(21)가 홀 센서를 구비한 BLDC 모터인 경우, 인버터 제어부(53)는 홀 센서에 의해 발생되는 온/오프 신호에 기초하여 회전자의 위치를 추정할 수 있다. 반면, 모터(21)가 센서리스 BLDC 모터인 경우, 인버터 제어부(53)는 모터(21)의 회전 시 모터(21)의 코일로부터 발생하는 역기전력(back EMF)을 감지함으로써 회전자의 위치를 추정할 수 있다. 이를 위해, 인버터 제어부(53)는 역기전력 감지부를 구비할 수 있다.

경우에 따라, 인버터 제어부(53)는 인버터(51)와 모터(21)사이에 흐르는 출력 전류를 검출할 수 있다. 인버터 제어부(53)는, 검출된 출력 전류에 기초하여 모터(21)의 토크(torque)를 추정할 수 있다. 뿐만 아니라, 인버터 제어부(53)는 검출된 출력 전류에 기초하여 블레이드(23)의 길이를 추정할 수도 있다. 모터(21)의 정격 회전 속도는 정해져 있고, 블레이드(23)의 길이가 길수록 부하가 증가하게 되어 출력 전류의 값은 증가하게 된다. 이에 따라, 인버터 제어부(53)는 출력 전류에 기초하여 블레이드(23)의 길이를 추정할 수 있다.

스위치(60)는 모터(21)의 구동을 온/오프하기 위한 것으로서, 잔디 깎기(1)의 케이싱(10)에 구비되어 있을 수 있다. 사용자는 스위치(60)를 통해 모터(21)의 구동 명령 및 정지 명령을 입력할 수 있다. 도 3에서는 모터(21)의 구동 명령 및 정지 명령을 입력하는 수단으로서 스위치(60)가 도시되어 있으나, 상기 수단의 종류가 스위치(60)에만 한정되는 것은 아니다. 즉, 잔디 깎기(1)는 모터(21)의 구동 명령 및 정지 명령을 입력받기 위한 다양한 구성 요소를 구비할 수 있다.

사용자에 의해 스위치(60)가 온 되면(모터(21)의 구동 명령이 입력되면), 인버터 제어부(53)는 전원 공급부(40)로부터 공급되는 직류 전원을 교류 전원으로 변환하도록 인버터(51)를 제어할 수 있다.

한편, 사용자에 의해 스위치(60)가 오프 되면(모터(21)의 정지 명령이 입력되면), 인버터 제어부(53)는 모터(21) 및 블레이드(23)의 회전을 정지시키도록 인버터(51)를 제어할 수 있다. 이 때, 종래의 경우에는 인버터 제어부(53)가 모터(21)로의 교류 전원 공급을 차단하도록 인버터(51)를 제어할 수 있다. 이 경우, 모터(21)로의 전원 공급이 차단되더라도, 모터(21) 및 블레이드(23)는 관성에 의해 소정 시간 동안 회전한 후 정지할 수 있다. 예컨대, 모터(21) 및 블레이드(23)는 수십 초(예를 들어, 30초~40초) 동안 회전하게 될 수도 있다. 블레이드(23)가 자갈이나 나뭇가지 등과 같은 이물질과 접촉하는 경우, 정지 명령의 입력 후에도 블레이드가 계속 회전한다면 블레이드의 손상이나 파손 위험이 보다 높아질 수 있다. 또한, 사용자 등의 신체 접촉 시 블레이드가 계속 회전함에 따라, 사용자의 부상이 더욱 심각해질 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 모터 구동 장치(50)는 정지 명령 입력 시 모터(21) 및 블레이드(23)의 회전을 수 초 이내(예컨대, 3초 이내)에 정지시킴으로써, 상술한 바와 같은 피해가 발생하는 것을 방지할 수 있다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 잔디 깎기에 포함된 모터 구동 장치의 제어 동작을 설명하기 위한 플로우차트이다.

도 4를 참조하면, 모터 구동 장치(50)는 q축 전류를 인가하여 모터(21)를 구동할 수 있다(S100).

예컨대, 사용자에 의해 스위치(60)가 온 됨에 따라, 인버터 제어부(53)는 모터(21)의 구동 명령을 수신할 수 있다. 구동 명령이 수신되는 경우, 인버터 제어부(53)는 모터(21) 및 블레이드(23)를 회전시키기 위한 구동 전류(예컨대, 회전좌표계의 q축 전류)를 모터(21)로 인가하도록 인버터(51)를 제어할 수 있다.

상기 구동 전류(또는 q축 전류)가 인가됨에 따라, 모터(21)의 회전자 및 블레이드(23)가 회전할 수 있다. 블레이드(23)가 회전함에 따라, 지면의 잔디가 절삭될 수 있다.

모터(21)의 구동 중, 모터 구동 장치(50)는 모터(21)의 정지 명령을 수신할 수 있다(S110).

예컨대, 사용자에 의해 스위치(60)가 오프 되는 경우, 모터 구동 장치(50)의 인버터 제어부(53)는 모터(21)의 정지 명령을 수신할 수 있다. 실시 예에 따라, 상기 정지 명령은 스위치(60)뿐만 아니라 다양한 루트를 통해 수신될 수도 있다. 예를 들어, 모터(21)의 이상이 감지되거나, 블레이드(23)가 이물질에 걸림이 감지되는 경우, 인버터 제어부(53)는 모터(21)의 정지 명령을 수신할 수도 있다.

수신된 정지 명령에 응답하여, 모터 구동 장치(50)는 q축 전류를 역으로 인가할 수 있다(S120).

인버터 제어부(53)는, 수신된 정지 명령에 응답하여 모터(21) 및 블레이드(23)의 회전을 정지시키는 동작을 수행할 수 있다. 인버터 제어부(53)는 모터(21) 및 블레이드(23)의 회전 속도를 감소시키기 위한 전류를 모터(21)로 인가하도록 인버터(51)를 제어할 수 있다. 구체적으로, 인버터 제어부(53)는 모터(21)의 구동 시 인가되는 q축 전류에 대해 역방향의 q축 전류를 인가하도록 인버터(51)를 제어할 수 있다.

역방향의 q축 전류가 모터(21)로 인가됨에 따라, 모터(21)에는 현재 회전 방향과 반대 방향에 대응하는 회전력, 즉 역토크가 가해질 수 있다. 역방향의 q축 전류가 인버터(51)로부터 모터(21)로 인가됨에 따라 역토크가 가해지면, 모터(21)의 회전 속도는 빠르게 감소할 수 있다.

특히, 본 발명의 실시 예에 따른 인버터 제어부(53)는, 모터(21)의 구동 시 추정되는 블레이드(23)의 길이에 기초하여, 모터(21)의 감속을 위해 인가되는 역방향의 q축 전류의 크기를 설정할 수 있다.

모터(21)의 동작 시 정격 회전 속도는 고정되어 있을 수 있다(예컨대, 3,000RPM). 또한, 전원 공급부(또는 배터리; 40)로부터 공급되는 전압의 크기는 동일할 수 있다. 이 경우, 모터(21)에 걸리는 부하가 증가할수록, 모터(21)로 공급되는 전류가 증가하게 될 수 있다.

상술한 바와 같이, 블레이드(23)의 길이가 길어질수록, 블레이드(23)의 절삭 면적은 넓어질 수 있다. 블레이드(23)의 절삭 면적이 넓어진다 함은, 블레이드(23)가 한번에 절삭할 수 있는 잔디의 양이 늘어남을 의미한다. 즉, 블레이드(23)가 한번에 절삭하는 잔디의 양이 늘어나므로, 블레이드(23) 및 모터(21)에 걸리는 부하는 증가하게 될 수 있다.

결과적으로, 블레이드(23)의 길이가 길어질수록, 모터(21)로 공급되는 전류가 증가할 수 있다. 이에 기초하여, 인버터 제어부(53)는 모터(21)의 회전 속도가 정격 회전 속도에 도달할 때, 인버터(51)로부터 모터(21)로 출력되는 출력 전류를 감지할 수 있다. 이를 위해, 모터 구동 장치(50)는 출력 전류를 감지하기 위한 CT 센서 등과 같은 구성을 더 포함할 수 있다.

인버터 제어부(53)는 감지된 출력 전류의 크기에 기초하여, 블레이드(23)의 길이를 추정할 수 있다. 상술한 바와 같이, 감지된 출력 전류의 크기가 클수록, 인버터 제어부(53)는 블레이드(23)의 길이가 긴 것으로 추정할 수 있다.

실시 예에 따라, 모터 구동 장치(50)는 감지된 출력 전류의 크기에 대응하는 블레이드(23)의 길이 정보가 저장되는 메모리(미도시)를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 인버터 제어부(53)는 감지된 출력 전류의 크기에 기초하여 블레이드(23)의 길이 정보를 획득할 수도 있다.

인버터 제어부(53)는, 출력 전류의 감지 결과에 따라 추정 또는 획득되는 블레이드(23)의 길이에 기초하여, 모터(21)의 감속을 위해 인가되는 역방향의 q축 전류의 크기를 설정할 수 있다.

실시 예에 따라, 메모리(미도시)에는 블레이드(23)의 길이에 대응하는 역방향의 q축 전류 크기에 대한 정보가 추가로 저장되어 있을 수 있다. 이 경우, 인버터 제어부(53)는 메모리에 저장된 정보에 기초하여, 추정 또는 획득된 블레이드(23)의 길이에 대응하는 역방향의 q축 전류의 크기를 설정할 수 있다.

모터 구동 장치(50)는 모터(21)의 회전 속도가 얼라인(align) 가능한 속도인지 여부를 확인할 수 있다. 모터의 회전 속도가 얼라인 가능한 속도인 경우(S130의 YES), 모터 구동 장치(50)는 d축 전류를 인가하여 얼라인 동작을 수행할 수 있다(S140).

모터(21)로 역방향의 q축 전류가 인가됨에 따라, 모터(21)의 회전 속도는 점차 감소할 수 있다. 인버터 제어부(53)는 모터(21)의 회전 속도를 주기적으로 측정할 수 있다. 인버터 제어부(53)가 모터(21)의 회전 속도를 측정하는 동작의 예들에 대해서는 도 3에서 상술한 바 있으므로, 이에 대한 설명은 생략하기로 한다.

인버터 제어부(53)는, 측정된 모터(21)의 회전 속도가 얼라인 가능한 속도인지 여부를 확인할 수 있다. 즉, 인버터 제어부(53)는 측정된 회전 속도가 기준 속도에 도달하는지 여부를 주기적으로 확인할 수 있다. 상기 기준 속도는 얼라인 가능한 속도에 대응할 수 있고, 상기 기준 속도에 대한 정보는 메모리(미도시)에 저장되어 있을 수 있다.

모터(21)의 회전 속도가 얼라인 가능한 속도에 도달하는 경우, 인버터 제어부(53)는 모터(21)를 얼라인하기 위한 전류, 즉 d축 전류를 인가하도록 인버터(51)를 제어할 수 있다. 이 경우, 모터(21)를 구동시키기 위한 전류, 즉 q축 전류는 인가되지 않을 수 있다. 상기 d축 전류가 인가됨에 따라, 모터(21)는 얼라인되어 정지할 수 있다. 모터(21)가 정지된 후, 인버터 제어부(53)는 모터(21)로 전류가 인가되지 않도록 제어할 수 있다.

요약하면, 정지 명령이 입력된 경우, 인버터 제어부(53)는 역방향의 q축 전류를 모터(21)로 인가하도록 인버터(51)를 제어하여 모터(21)의 회전 속도를 감속시킨다. 회전 속도가 얼라인 가능 속도에 도달하는 경우, 인버터 제어부(53)는 d축 전류를 모터(21)로 인가하도록 인버터(51)를 제어하여 모터(21)를 정지시킬 수 있다.

즉, 정지 명령 입력 시 단순히 모터(21)로 전류를 공급하지 않는 경우, 관성에 의해 모터(21)는 소정 시간(예컨대, 30~40초) 동안 지속적으로 회전할 수 있다. 반면, 본 발명의 실시 예에 따르면, 인버터 제어부(53)는 정지 명령 입력 시 모터(21)의 회전 속도를 수 초 이내(예컨대, 3초)에 감속시키고, 회전 속도가 얼라인 가능 속도까지 감소되면 모터(21)를 얼라인 함으로써, 모터(21)를 보다 빠르게 정지시킬 수 있다.

한편, 정지 명령 입력 시 얼라인 동작을 즉시 수행하는 경우에는, 모터(21)의 회전 속도가 얼라인 가능 속도보다 높은 상태이므로 모터(21)에 과부하를 초래할 수 있다. 그 결과, 모터(21)의 고장이나 손상이 발생할 가능성이 증가하게 된다. 따라서, 모터 구동 장치(50)는 모터(21)의 회전 속도가 얼라인 가능한 속도까지 감속되었는지 여부를 확인하고, 확인 결과에 기초하여 얼라인 동작을 수행할 수 있다.

도 5는 도 4에 도시된 실시 예에 따른 모터 구동 장치의 전류 제어 동작과 관련된 실시 예를 그래프 형태로 도시한 것이고, 도 6은 도 5의 전류 제어 동작에 따른 모터의 회전 속도 변화를 그래프 형태로 도시한 것이다.

도 5와 도 6을 참조하면, 모터(21)로 q축 전류가 인가되는 동안, 모터(21) 및 블레이드(23)는 회전하면서 잔디를 절삭할 수 있다.

제1 시점(T1)에서, 모터 구동 장치(50)는 정지 명령을 수신할 수 있다. 상술한 바와 같이, 정지 명령은 스위치(60)가 사용자에 의해 오프 됨에 따라 수신될 수 있으나, 반드시 그러한 것은 아니다.

정지 명령이 수신되면, 모터 구동 장치(50)는 역방향의 q축 전류를 모터(21)로 인가할 수 있다. 상기 전류의 크기(I1)는 기 설정된 고정값에 해당할 수 있으나, 실시 예에 따라서는 블레이드(23)의 길이에 따라 달라질 수 있다.

역방향의 q축 전류가 인가됨에 따라, 모터(21)의 회전 속도(RV1)는 점점 감소할 수 있다. 모터 구동 장치(50)는 역방향의 q축 전류의 크기를 시간의 흐름에 따라 점차 감소시킬 수 있다. 이 경우, 동일한 크기의 전류를 지속적으로 인가하는 것에 비해 모터(21)의 회전 속도 감소 정도는 적을 수 있으나, 모터(21)에 가해지는 역토크에 따른 부하는 보다 적을 수 있다.

제2 시점(T2)에서, 모터(21)의 회전 속도(RV1)가 기준 속도(TH)에 도달하는 경우, 모터 구동 장치(50)는 역방향의 q축 전류를 인가하지 않고, d축 전류를 인가할 수 있다. d축 전류가 인가됨에 따라, 모터(21)는 얼라인되어 정지할 수 있다.

도 7은 도 4에 도시된 실시 예에 따른 모터 구동 장치의 전류 제어 동작과 관련된 다른 실시 예를 그래프 형태로 도시한 것이고, 도 8은 도 7의 전류 제어 동작에 따른 모터의 회전 속도 변화를 그래프 형태로 도시한 것이다.

도 7과 도 8을 참조하면, 제1 시점(T1)에서 정지 명령이 수신되는 경우, 모터 구동 장치(50)는 역방향의 q축 전류를 모터(21)로 인가할 수 있다.

이 때, 도 5에 도시된 실시 예와 달리, 모터 구동 장치(50)는 모터(21)의 회전 속도(RV2)가 기준 속도(TH)에 도달할 때까지, 동일한 크기(I2)를 갖는 역방향의 q축 전류를 모터(21)로 인가할 수 있다. 이 경우, 도 5에 도시된 실시 예에 비해 모터(21)의 회전 속도가 보다 빠르게 감소할 수 있으나, 반면 모터(21)에 가해지는 역토크에 따른 부하는 보다 많을 수 있다.

제2 시점(T2)에서, 모터(21)의 회전 속도(RV2)가 기준 속도(TH)에 도달하는 경우, 모터 구동 장치(50)는 역방향의 q축 전류를 인가하지 않고, d축 전류를 인가할 수 있다. d축 전류가 인가됨에 따라, 모터(21)는 얼라인되어 정지할 수 있다.

특히, 본 발명의 실시 예에 따른 모터 구동 장치(50)는, 제1 시점(T1)과 제2 시점(T2) 간의 차이를 수 초(예컨대, 3초) 이내로 제어할 수 있다. 따라서, 모터(21)의 정지 명령 입력 후 블레이드(23)가 소정 시간동안 지속적으로 회전함에 따른 블레이드(23)의 손상이나 사용자의 부상 위험을 감소시킬 수 있다.

도 9는 모터와 결합된 블레이드의 길이에 따른 모터 구동 장치의 전류 제어 동작과 관련된 실시 예를 그래프 형태로 도시한 것이다.

도 9를 참조하면, 모터(21)와 연결된 블레이드(23)의 길이에 따라, 모터(21)의 구동시 인가되는 q축 전류의 크기가 달라질 수 있다. 예컨대, 제1 블레이드의 길이가 제2 블레이드의 길이보다 긴 것으로 가정하면, 모터(21)에 제1 블레이드가 연결되는 경우 인가되는 q축 전류의 크기(IQ1)는 모터(21)에 제2 블레이드가 연결되는 경우 인가되는 q축 전류의 크기(IQ2)보다 클 수 있다.

모터 구동 장치(50)는 모터(21)의 구동 시 인가되는 q축 전류의 크기(IQ1, IQ2)에 기초하여, 제1 블레이드와 제2 블레이드의 길이를 추정할 수 있다. 이에 대해서는 도 4에서 상술한 바 있다.

제1 시점(T1)에서 정지 명령이 수신되는 경우, 모터 구동 장치(50)는 역방향의 q축 전류를 모터(21)로 인가할 수 있다. 이 때, 모터 구동 장치(50)는 추정된 제1 블레이드 또는 제2 블레이드의 길이에 기초하여, 역방향의 q축 전류의 크기(IQ3, IQ4)를 설정할 수 있다.

제1 블레이드가 모터(21)에 연결되어 있는 경우 인가되는 역방향의 q축 전류의 크기(IQ3)는, 제2 블레이드가 모터(21)에 연결되어 있는 경우 인가되는 역방향의 전류의 크기(IQ4)보다 클 수 있다. 모터(21)에 역방향의 q축 전류가 인가됨에 따라, 모터(21)의 회전 속도는 점차 감소할 수 있다.

제2 시점(T2)에서 모터(21)의 회전 속도가 얼라인 가능 속도에 도달하면, 모터 구동 장치(50)는 역방향의 q축 전류를 인가하지 않고 d축 전류를 모터(21)로 인가할 수 있다. 실시 예에 따라, d축 전류의 크기 또한 블레이드의 길이에 따라 달라질 수도 있다. 즉, 제1 블레이드가 모터(21)에 연결되는 경우 인가되는 d축 전류의 크기(ID1)는, 제2 블레이드가 모터(21)에 연결되는 경우 인가되는 d축 전류의 크기(ID2)보다 클 수 있다. d축 전류가 모터(21)로 인가됨에 따라, 모터(21)는 정지할 수 있다.

즉, 모터 구동 장치(50)는 모터(21)의 구동 시 인가되는 q축 전류의 크기에 기초하여 블레이드의 길이를 추정할 수 있다. 추정된 블레이드의 길이에 기초하여, 모터 구동 장치(50)는 정지 명령 수신 시 모터(21)로 인가하는 역방향의 q축 전류의 크기를 서로 다르게 설정할 수 있다. 이에 따라, 모터(21)에 연결된 블레이드의 길이가 달라지더라도, 모터 구동 장치(50)는 모터(21)를 소정 시간 이내에 효과적으로 정지시킬 수 있다.

Claims

전동형 잔디 깎기에 구비되는 모터 구동 장치에 있어서,
모터의 구동을 위한 제1 전류를 인가하는 인버터; 및
상기 모터의 구동 중, 상기 모터의 구동을 정지하는 정지 명령을 수신하고,
수신된 정지 명령에 응답하여, 상기 모터의 회전 속도를 감속시키기 위한 제2 전류를 인가하도록 상기 인버터를 제어하고,
상기 제2 전류의 인가에 따라 감속되는 상기 모터의 회전 속도가 얼라인 가능 속도에 도달하는 경우, 상기 모터를 얼라인시키기 위한 제3 전류를 인가하도록 상기 인버터를 제어하는 인버터 제어부를 포함하는 모터 구동 장치.
제1항에 있어서,
상기 인버터 제어부는,
상기 모터에 연결된 블레이드의 길이에 따라 상기 제2 전류의 크기를 달리하는 모터 구동 장치.
제2항에 있어서,
상기 인버터 제어부는,
상기 모터의 구동 중 상기 모터의 회전 속도가 정격 회전 속도에 도달할 때, 상기 제1 전류의 크기를 감지하고,
감지된 상기 제1 전류의 크기에 기초하여 상기 블레이드의 길이를 추정하는 모터 구동 장치.
제3항에 있어서,
상기 제1 전류의 크기에 대응하는 상기 블레이드의 길이 정보를 저장하는 메모리를 더 포함하는 모터 구동 장치.
제4항에 있어서,
상기 메모리는 상기 블레이드의 길이 정보에 대응하는 상기 제2 전류의 크기 정보를 더 포함하는 모터 구동 장치.
제1항에 있어서,
상기 제2 전류의 방향은 상기 제1 전류의 방향과 역방향인 모터 구동 장치.
제1항에 있어서,
상기 인버터 제어부는,
상기 모터에 연결된 블레이드의 길이에 따라 상기 제3 전류의 크기를 달리하는 모터 구동 장치.
모터;
상기 모터와 연결되어 잔디를 절삭하는 블레이드;
상기 모터로 전원을 공급하는 전원 공급부; 및
상기 모터의 구동을 제어하는 모터 구동 장치를 포함하고,
상기 모터 구동 장치는,
상기 모터의 구동을 위한 제1 전류를 인가하는 인버터; 및
상기 모터의 구동 중, 상기 모터의 구동을 정지하는 정지 명령을 수신하고,
수신된 정지 명령에 응답하여, 상기 모터의 회전 속도를 감속시키기 위한 제2 전류를 인가하도록 상기 인버터를 제어하고,
감속되는 상기 모터의 회전 속도가 얼라인 가능 속도에 도달하는 경우, 상기 모터를 얼라인시키기 위한 제3 전류를 인가하도록 상기 인버터를 제어하는 인버터 제어부를 포함하는 전동형 잔디 깎기.
제8항에 있어서,
상기 인버터 제어부는,
상기 블레이드의 길이에 따라 상기 제2 전류의 크기를 달리하는 전동형 잔디 깎기.
제9항에 있어서,
상기 인버터 제어부는,
상기 모터의 구동 중 상기 모터의 회전 속도가 정격 회전 속도에 도달할 때, 상기 제1 전류의 크기를 감지하고,
감지된 상기 제1 전류의 크기에 기초하여 상기 블레이드의 길이를 추정하는 전동형 잔디 깎기.
제10항에 있어서,
상기 모터 구동 장치는,
상기 제1 전류의 크기에 대응하는 상기 블레이드의 길이 정보를 저장하는 메모리를 더 포함하는 전동형 잔디 깎기.
제8항에 있어서,
상기 정지 명령의 수신 시점과 상기 모터의 얼라인 시점 사이의 차이는 3초 이내인 전동형 잔디 깎기.
전동형 잔디 깎기에 구비되는 모터 구동 장치에 있어서,
모터의 회전을 위한 q축 전류를 인가하는 인버터; 및
상기 모터의 회전 중 정지 명령을 수신하고,
수신된 정지 명령에 응답하여, 상기 q축 전류에 대해 역방향의 q축 전류를 인가하도록 상기 인버터를 제어하고,
상기 역방향의 q축 전류의 인가에 따라 감속되는 상기 모터의 회전 속도가 기준 속도에 도달하는 경우, 상기 모터를 정지시키기 위한 d축 전류를 인가하도록 상기 인버터를 제어하는 인버터 제어부를 포함하고,
상기 역방향의 q축 전류의 크기는,
상기 모터에 연결된 블레이드의 길이에 기초하여 달라지는 모터 구동 장치.