KR20190028074A - 3상 모터의 홀센서 에러 검출 방법 및 3상 모터 제어 장치 - Google Patents

3상 모터의 홀센서 에러 검출 방법 및 3상 모터 제어 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 3상 모터의 홀센서 에러 검출 방법에 관한 것으로서, 구체적으로, 3상 모터 제어 장치가 홀센서 에러를 진단함에 있어서 별도의 외부 회로 없이 모터가 구동되는 도중에도 홀센서의 출력신호를 감지하여 에러를 검출할 수 있는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 3상 모터의 홀센서 에러 검출 방법은, (a) 3상 홀센서로부터 출력되는 출력신호를 감지하는 단계, (b) 상기 출력신호로부터 3상 홀센서의 상태(state)를 6개 상태로 구분하고, 제1 상태를 상기 제 1 상태로부터 6 카운트 이후의 상태와 비교하여 같은 상태인지 판단하는 단계 및 (c) 상기 제 1 상태와 상기 제 1 상태로부터 6카운트 이후의 상태가 같은 경우, 상기 제1 상태의 다음 상태인 제 2 상태와 그 이후 상태인 제 3 상태 내지 제 6 상태에 대해서도 각각의 상태로부터 6카운트 이후의 상태가 같은지 순차적으로 비교하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

3상 모터의 홀센서 에러 검출 방법 및 3상 모터 제어 장치{METHOD FOR DETECTING ERROR OF 3-PHASE MOTOR'S HALL SENSOR AND 3-PHASE MOTOR CONTROL DEVICE}
본 발명은 3상 모터의 홀센서 에러 검출 방법 및 3상 모터 제어 장치에 관한 것으로서, 구체적으로, 3상 모터 제어 장치가 홀센서 에러를 진단함에 있어서 홀센서의 출력신호를 감지하여 에러를 검출할 수 있는 방법 및 3상 모터 제어 장치에 관한 것이다.
일반적으로 3상 BLDC(Brushless Direct Current) 모터는 고정자 측에 설치되어 있는 3상 코일과 회전자 측에 장착되어 있는 영구 자석을 포함하며, 모터의 회전자는 모터 구동부로부터 전류를 공급받아 생성되는 자계에 의해 회전한다.
모터의 회전자를 한쪽 방향으로 계속 회전시키기 위해서는 회전자의 위치를 검출하고, 검출된 회전자의 위치에 따라 스위칭 소자들을 온/오프 시켜 코일의 각 상에 흐르는 전류의 방향을 전환시켜야 하는바, 회전자의 위치는 위상이 120도 차이가 나는 3개의 홀센서 신호를 이용하여 검출할 수 있다.
하지만 홀센서가 고장인 경우에는 회전자의 위치를 정상적으로 검출할 수 없다. 예를 들어, 홀센서 고장이 발생하여 홀센서 출력신호의 1주기 중 반주기는 정상적인 파형을 가지지만, 나머지의 반주기는 위상이 어긋난 파형을 가지게 되는 경우, 모터에 잘못된 출력신호에 따른 구동 전압을 인가하게 된다. 그러면, 모터의 회전이 불안정하게 되고, 모터가 비정상적으로 동작하게 되는 문제가 발생한다. 따라서 홀센서 고장을 진단하는 것이 중요하다.
일반적인 종래기술은 3상 모터의 홀센서 고장 진단을 위해 외부 회로에 의한 피드백 값을 이용하였다. 홀센서 고장 진단을 위한 외부 회로는 주로 아날로그-디지털 컨버터(Analog to Digital Converter, ADC)를 이용하여 피드백을 받는데, 이 경우 아날로그-디지털 컨버터가 안정화 된 후의 값을 이용해야 하기 때문에 아날로그-디지털 컨버터가 안정될 때까지 모터가 구동되지 않아야 한다. 즉, 모터 구동 중에는 홀센서의 고장을 진단할 수 없는 문제점이 있었으며, 외부 회로를 이용하기 때문에 모터 제어기의 원가가 상승된다는 문제점까지 있었다.
한국공개특허공보 제10-2011-0072885호
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 홀센서 에러 검출을 위한 별도의 외부회로 없이, 홀센서로부터 출력되는 출력신호를 감지하고 홀센서의 상태를 비교하여 에러를 검출할 수 있는 방법 및 3상 모터 제어 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는 모터가 구동되는 중에도 홀센서의 에러를 검출할 수 있는 홀센서 에러 검출 방법 및 3상 모터 제어 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는 홀센서 에러를 검출함에 있어서 3층 레이어 구조의 상태 비교 로직을 통해 홀센서 고장을 정확히 진단할 수 있는 홀센서 에러 검출 방법 및 3상 모터 제어 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 3상 모터의 홀센서 에러 검출 방법은, (a) 3상 홀센서로부터 출력되는 출력신호를 감지하는 단계, (b) 상기 출력신호로부터 3상 홀센서의 상태(state)를 6개 상태로 구분하고, 제1 상태를 상기 제 1 상태로부터 6 카운트 이후의 상태와 비교하여 같은 상태인지 판단하는 단계 및 (c) 상기 제 1 상태와 상기 제 1 상태로부터 6카운트 이후의 상태가 같은 경우, 상기 제1 상태의 다음 상태인 제 2 상태와 그 이후 상태인 제 3 상태 내지 제 6 상태에 대해서도 각각의 상태로부터 6카운트 이후의 상태가 같은지 순차적으로 비교하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 본 발명의 3상 모터의 홀센서 에러 검출 방법은, (d) 상기 제 1 상태 내지 상기 제 6 상태에 대하여 각각의 상태로부터 6 카운트 이후의 상태를 비교한 결과, 어느 하나의 상태가 다른 것으로 판단된 경우, 상태가 다른 것으로 판단된 상태와 해당 상태로부터 3 카운트 이후의 상태를 가지고 OR연산 또는 XOR연산을 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 (d) 단계는, 상기 OR연산 또는 상기 XOR연산을 수행한 결과 0이 검출되는 경우, 0이 검출된 부분에 해당하는 홀센서에 에러가 있는 것으로 판단할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 본 발명의 3상 모터의 홀센서 에러 검출 방법은, (e) 상기 OR연산 또는 상기 XOR연산을 수행한 결과 0이 검출되는 경우, 상태 테이블에 기 저장된 홀센서의 6개 상태와 실제 홀센서의 상태를 1카운트마다 각각 비교하여 같은 상태인지 판단하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 (e) 단계는, 상태 테이블에 기 저장된 홀센서의 6개 상태와 실제 홀센서의 상태를 1카운트마다 각각 비교한 결과, 상태가 다른 부분이 있는 경우, 해당 부분에 해당하는 홀센서에 에러가 있는 것으로 판단할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 3상 모터 제어 장치는 컨트롤러 및 모터 구동부를 포함하고, 상기 컨트롤러는, 3상 홀센서로부터 출력되는 출력신호를 감지하는 홀센서 출력 감지부 및 상기 출력신호로부터 3상 홀센서의 상태(state)를 6개 상태로 구분하고, 제1 상태를 상기 제 1 상태로부터 6 카운트 이후의 상태와 비교하여 같은 상태인지 판단하며, 상기 제 1 상태와 상기 제 1 상태로부터 6카운트 이후의 상태가 같은 경우, 상기 제1 상태의 다음 상태인 제 2 상태와 그 이후 상태인 제 3 상태 내지 제 6 상태에 대해서도 각각의 상태로부터 6카운트 이후의 상태가 같은지 순차적으로 비교하는 홀센서 에러 판단부를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 홀센서 에러 판단부는, 상기 제 1 상태 내지 상기 제 6 상태에 대하여 각각의 상태로부터 6 카운트 이후의 상태를 비교한 결과 상태가 다른 부분이 있는 경우, 해당 부분에 해당하는 홀센서에 에러가 있는 것으로 판단할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 홀센서 에러 판단부는, 상기 제 1 상태 내지 상기 제 6 상태에 대하여 각각의 상태로부터 6 카운트 이후의 상태를 비교한 결과, 어느 하나의 상태가 다른 것으로 판단된 경우, 상태가 다른 것으로 판단된 상태와 해당 상태로부터 3 카운트 이후의 상태를 가지고 OR연산 또는 XOR연산을 수행할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 홀센서 에러 판단부는, 상기 OR연산 또는 상기 XOR연산을 수행한 결과 0이 검출되는 경우, 0이 검출된 부분에 해당하는 홀센서에 에러가 있는 것으로 판단할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 홀센서 에러 판단부는, 상기 OR연산 또는 상기 XOR연산을 수행한 결과 0이 검출되는 경우, 상태 테이블에 기 저장된 홀센서의 6개 상태와 실제 홀센서의 상태를 1카운트마다 각각 비교하여 같은 상태인지 판단할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 홀센서 에러 판단부는, 상태 테이블에 기 저장된 홀센서의 6개 상태와 실제 홀센서의 상태를 1카운트마다 각각 비교한 결과, 상태가 다른 부분이 있는 경우, 해당 부분에 해당하는 홀센서에 에러가 있는 것으로 판단할 수 있다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 홀센서의 에러 검출을 위한 별도의 외부회로 없이, 홀센서로부터 출력되는 출력신호를 감지하고 홀센서의 상태를 비교하여 에러를 검출할 수 있다는 효과가 있다.
또한, 모터가 구동되는 중에도 홀센서의 에러를 검출할 수 있으며, 홀센서 에러를 검출함에 있어서 3층 레이어 구조의 상태 비교 로직을 활용하므로 홀센서 고장을 정확히 진단할 수 있다는 효과가 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해 될 수 있을 것이다.
도 1은 종래 3상 BLDC 모터를 구동하기 위한 일반적인 시스템을 나타내는 구성도이다.
도 2는 도 1에 간략히 도시되어 있는 회전자와 홀센서의 구조를 구체적으로 보여주는 도면이다.
도 3은 홀센서의 출력 및 홀센서의 출력에 따라 코일에 인가되는 전압의 구동 시퀀스 파형을 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명의 3층 레이어 구조를 이용한 홀센서 에러 검출 방법의 전체 동작을 설명하는 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 3층 레이어 구조를 이용한 홀센서 에러 검출 방법 중 제 1 레이어에서 에러를 검출하는 방법을 설명하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 3층 레이어 구조를 이용한 홀센서 에러 검출 방법 중 제 2 레이어에서 에러를 검출하는 방법을 설명하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 3층 레이어 구조를 이용한 홀센서 에러 검출 방법 중 제 3 레이어에서 에러를 검출하는 방법을 설명하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 3상 모터 제어 장치의 구성을 나타내는 구성도이다.
본 발명의 목적과 기술적 구성 및 그에 따른 작용 효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 명세서에 첨부된 도면에 의거한 이하의 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다.
본 명세서에서 개시되는 실시 예들은 본 발명의 범위를 한정하는 것으로 해석되거나 이용되지 않아야 할 것이다. 이 분야의 통상의 기술자에게 본 명세서의 실시 예를 포함한 설명은 다양한 응용을 갖는다는 것이 당연하다. 따라서 본 발명의 상세한 설명에 기재된 임의의 실시 예들은 본 발명을 보다 잘 설명하기 위한 예시적인 것이며 본 발명의 범위가 실시 예들로 한정되는 것을 의도하지 않는다.
도면에 표시되고 아래에 설명되는 기능 블록들은 가능한 구현의 예들일 뿐이다. 다른 구현들에서는 상세한 설명의 사상 및 범위를 벗어나지 않는 범위에서 다른 기능 블록들이 사용될 수 있다. 또한, 본 발명의 하나 이상의 기능 블록이 개별 블록들로 표시되지만, 본 발명의 기능 블록들 중 하나 이상은 동일 기능을 실행하는 다양한 하드웨어 및 소프트웨어 구성들의 조합일 수 있다.
또한, 어떤 구성요소들을 포함한다는 표현은 개방형의 표현으로서 해당 구성요소들이 존재하는 것을 단순히 지칭할 뿐이며, 추가적인 구성요소들을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다.
나아가 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 연결되어 있다거나 접속되어 있다고 언급될 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 한다.
또한 '제1, 제2' 등과 같은 표현은 복수의 구성들을 구분하기 위한 용도로만 사용된 표현으로써, 구성들 사이의 순서나 기타 특징들을 한정하지 않는다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다. 본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다.
이하, 본 발명에 대하여 첨부된 도면에 따라 보다 상세히 설명한다.
BLDC 모터는 정교한 제어 전자 부품과 정격 전원 공급 장치를 필요로 한다. 도 1은 홀센서(500a, 500b, 500c)로 3상 BLDC 모터를 구동하기 위한 일반적인 시스템을 보여준다. 도 1에 나타난 3상 코일(300)은 Y형으로 배열되고, 회전자(400)는 2쌍의 영구자석으로 구성되며, 3개의 홀센서(A, B, C)(500a, 500b, 500c)는 회전자(400)의 위치를 검출한다. 컨트롤러(100)는 홀센서(500a, 500b, 500c)에서 출력되는 신호를 감지하고, 모터 구동부(200)가 모터를 구동할 수 있도록 신호를 전송한다. 컨트롤러(100)는 모터 구동을 위한 연산 및 명령을 관장하는 장치로서 MCU(Micro Controller Unit), 디지털 IC(Integrated Circuit) 등일 수 있다.
도 2는 도 1에 간략히 도시되어 있는 회전자(400)와 홀센서(500a, 500b, 500c)의 구조를 나타낸다. 도 2에 도시된 바와 같이, 홀센서(500a, 500b, 500c)는 모터의 고정자 측에 45도씩 떨어진 상태로 설치되어 회전자(400)의 위치를 검출한다.
도 3은 홀센서의 출력 및 홀센서의 출력에 따라 코일에 인가되는 전압의 구동 시퀀스 파형을 보여주는 도면이다.
도 3을 참조하면, 아래 쪽 시퀀스 파형은 홀센서(500a, 500b, 500c)의 출력과 상태(state)를 나타내고, 위 쪽 시퀀스 파형은 홀센서(500a, 500b, 500c)의 상태에 따라 코일(300)의 각 상(A, B, C)에 인가되는 전압을 나타낸다.
회전자(400)를 회전시키기 위해서는 모터 구동부(200)에 포함된 스위칭 소자를 동작시켜 코일(300)에 전류를 인가해야 한다. 스위칭 소자는 High 시그널이 입력되는 P-channel MOSFET 소자와 Low 시그널이 입력되는 N-Channel MOSFET 소자로 구성될 수 있다. 각각의 MOSFET 소자 사이에 코일(300)의 A, B, C 단자가 연결되어 전류를 공급 받는다. 각 MOSFET의 High, Low 시그널이 조합 및 입력되어 모터의 A, B, C 단자에 High 드라이브, Low 드라이브, Floating 드라이브가 걸리게 된다.
홀센서(500a, 500b, 500c)는 각 코일(300)에 연결되고, 코일(300)에 동력을 인가하는 시기를 결정한다. 예를 들면, 홀센서A(500a) 및 홀센서B(500b)는 코일 A에 대한 스위칭을 결정한다. 홀센서B(500b)가 회전자(400)의 N극을 감지하면 코일 A에 대해 양의 방향으로 스위칭 되어 양의 전압이 인가되고, 홀센서A(500a)가 회전자(400)의 N극을 감지하면 코일 A가 개방되며, 홀센서B(500b)가 회전자(400)의 S극을 감지하면 코일 A에 대해 음의 방향으로 스위칭 되어 음의 전압이 인가되고, 홀센서A(500a)가 회전자(400)의 S극을 감지하면 코일 A가 다시 개방된다. 마찬가지로, 홀센서B(500b) 및 홀센서C(500c)는 코일 B에 인가되는 전압을 결정하고, 홀센서A(500a) 및 홀센서C(500c)는 코일 C에 인가되는 전압을 결정한다.
홀센서(500a, 500b, 500c)에서 출력되는 신호는 (0, 0, 1), (0, 1, 0), (0, 1, 1), (1, 0, 0), (1, 0, 1), (1, 1, 0)의 6개 상태(state) 값으로 구분되며, 3개의 홀센서들은 모두 동시에 동일한 신호를 출력할 수 없다. 이는 홀센서(500a, 500b, 500c)의 배열과 영구자석이 이루는 각도에서 기인하는 것이다.
한편, 홀센서(500a, 500b, 500c)가 정상 동작하는 한, (0, 0, 0) 이나 (1, 1, 1) 신호는 출력될 수 없으며, (0, 0, 0) 이나 (1, 1, 1) 신호가 출력되는 경우는 홀센서(500a, 500b, 500c)에 에러가 발생한 경우에 해당한다. 그러나 홀센서(500a, 500b, 500c)에서 (0, 0, 0) 이나 (1, 1, 1) 신호가 출력되는 경우만을 에러가 발생한 것으로 볼 것은 아니다. 다른 경우에도 에러로 판단될 수 있다. 예를 들면, 홀센서(500a, 500b, 500c) 중 어느 하나의 신호가 상태 테이블에 이미 저장되어 있는 정상 상태 신호와 다른 경우가 있다.
이하에서는 이러한 홀센서 에러 검출을 위한 본 발명의 3층 레이어 구조를 이용한 방법에 대해 자세히 설명한다.
도 4는 본 발명의 3층 레이어 구조를 이용한 홀센서 에러 검출 방법의 전체 동작을 설명하는 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 3상 모터 제어 장치(10)는, 먼저 제 1 레이어에서, 3상 홀센서(500a, 500b, 500c)에서 출력되는 출력신호를 감지하여 3상 홀센서(500a, 500b, 500c)의 상태(state)를 6개 상태 값으로 구분하고, 제 1 상태 내지 제 6 상태 중 어느 하나의 상태를 해당 상태로부터 6 카운트 이후의 상태와 비교한다(S410). 이와 같이 홀센서(500a, 500b, 500c)의 에러 여부를 하나의 상태에 대해 6카운트마다 한 번씩 판단하는 로직을 포함하는 레이어를 제 1 레이어 또는 약한 레이어(Light Layer)라고 정의한다.
홀센서(500a, 500b, 500c)의 상태 값은 위에서 설명한 바와 같이 (0, 0, 1), (0, 1, 0), (0, 1, 1), (1, 0, 0), (1, 0, 1), (1, 1, 0)로 구분되나, 반드시 이 순서로 나타나는 것은 아니다. 홀센서(500a, 500b, 500c)의 상태 시퀀스는 (0, 1, 0), (0, 1, 1), (0, 0, 1), (1, 0, 1), (1, 0, 0), (1, 1, 0)으로 나타날 수도 있으며, 이하의 설명에서 이를 각각 제 1 상태(state 1) 내지 제 6 상태(state 6)로 명명하도록 한다.
제 1 상태 내지 제 6 상태 중 어느 하나의 상태와 해당 상태로부터 6 카운트 이후의 상태가 서로 같은 경우에는 해당 상태의 다음 상태와 다음 상태로부터 6 카운트 이후의 상태 비교를 반복하고, 서로 다른 경우에는 제 2 레이어로 진입한다(S420).
제 2 레이어에서는, 제 1 상태 내지 제 6 상태 중 어느 하나의 상태와 해당 상태로부터 3 카운트 이후의 상태를 가지고 OR연산 또는 XOR연산을 수행한다(S430). OR연산 또는 XOR연산을 수행한 결과, 0이 검출되지 않는 경우 해당 상태의 다음 상태와 다음 상태로부터 3 카운트 이후의 상태로 OR연산 또는 XOR연산을 반복하고, 서로 다른 경우에는 제 3 레이어로 진입한다(S440). 이와 같이 홀센서(500a, 500b, 500c)의 에러 여부를 하나의 상태에 대해 3 카운트마다 한 번씩 판단하는 로직을 포함하는 레이어를 제 2 레이어 또는 중간 레이어(Middle Layer)라고 정의한다.
제 3 레이어에서는 상태 테이블에 기 저장된 홀센서(500a, 500b, 500c)의 6개 상태와 실제 홀센서(500a, 500b, 500c)의 상태를 1카운트마다 각각 비교하여 같은 상태인지 판단한다(S450). 홀센서(500a, 500b, 500c)의 상태를 1 카운트마다 각각 비교한 결과, 상태가 다른 부분이 있는 경우, 해당 부분에 해당하는 홀센서에 에러가 있는 것으로 판단한다(S460). 이와 같이, 홀센서(500a, 500b, 500c)의 에러 여부를 판단함에 있어서, 홀센서(500a, 500b, 500c)의 6개 상태 모두에 대해 1 카운트마다 판단하는 로직을 포함하는 레이어를 제 3 레이어 또는 강한 레이어(Strong Layer)라고 정의한다.
본 발명은 3층 레이어 구조를 이용하여 홀센서(500a, 500b, 500c)의 에러를 검출하므로, 보다 정확한 홀센서 에러 검출을 할 수 있고, 홀센서의 에러 검출을 위한 별도의 외부회로 없이, 홀센서로부터 출력되는 출력신호를 감지하고 홀센서의 상태를 비교하여 에러를 검출할 수 있다는 효과가 있다.
도 5는 본 발명의 3층 레이어 구조를 이용한 홀센서 에러 검출 방법 중 제 1 레이어에서 에러를 검출하는 방법을 설명하는 도면이다.
도 5를 참조하면, 컨트롤러(100)를 포함하는 3상 모터 제어 장치(10)는 3상 홀센서(500a, 500b, 500c)에서 출력되는 출력신호를 감지하여 3상 홀센서(500a, 500b, 500c)의 상태(state)를 6개 상태 값으로 구분한다. 도 5에서는 홀센서(500a, 500b, 500c)의 상태 시퀀스가 (0, 1, 0), (0, 1, 1), (0, 0, 1), (1, 0, 1), (1, 0, 0), (1, 1, 0)으로 나타난다.
여기서 현재 홀센서(500a, 500b, 500c)의 상태가 (0, 1, 0)이고, 이를 제 1 상태 값이라고 가정하자. 홀센서(500a, 500b, 500c)의 상태는 총 6가지이므로, 홀센서(500a, 500b, 500c)가 정상 동작하는 경우에는 제 1 상태로부터 6 카운트 이후의 상태가 제 1 상태와 같은 (0, 1, 0)이어야 한다. 즉, 제 1 상태로부터 6 카운트 이후의 상태가 (0, 1, 0)이 아닌 경우에는 홀센서(500a, 500b, 500c) 중 어느 하나에 에러가 발생한 것으로 판단할 수 있다.
예를 들어, 제 1 상태가 (0, 1, 0)인데 6 카운트 이후의 상태가 (0, 1, 1)인 경우, 홀센서C(500c)에 에러가 발생한 것으로 판단될 수 있다. 이 때 홀센서C(500c)는 쇼트 투 배터리(Short to Battery) 고장인 것으로 판단될 수 있다. 제 1 상태로부터 6 카운트 이후의 상태가 (0, 0, 0)인 경우에는 홀센서B(500b)에 에러가 발생한 것으로 쇼트 투 그라운드(Short to Ground) 고장인 것으로 판단될 수 있다. 즉, 1로 바뀐 부분은 쇼트 투 배터리(Short to Battery), 0으로 바뀐 부분은 쇼트 투 그라운드(Short to Ground) 고장인 것으로 판정된다.
제 1 상태와 제 1 상태로부터 6 카운트 이후의 상태가 같은 경우에는 제 1 상태의 다음 상태인 제 2 상태에 대한 판단을 이어간다. 즉, 제 2 상태를 상기 제 2 상태로부터 6 카운트 이후의 상태와 비교하여 같은 상태인지 판단한다. 위에서 제 1 상태를 (0, 1, 0)으로 가정하였으므로, 다음 상태인 제 2 상태는 (0, 1, 1)이 된다. 제 2 상태로부터 6 카운트 이후의 상태가 (0, 1, 1)인 경우에는 정상 동작으로 판단되고, (0, 1, 1)이 아닌 경우에는 변경된 부분의 홀센서(500a, 500b, 500c)에 에러가 발생한 것으로 판단될 수 있다. 1로 바뀐 부분은 쇼트 투 배터리(Short to Battery), 0으로 바뀐 부분은 쇼트 투 그라운드(Short to Ground) 고장인 것으로 판정된다.
제 2 상태와 상기 제 2 상태로부터 6카운트 이후의 상태가 같은 경우에는, 제 3 상태 내지 제 6 상태에 대해서도 각 상태로부터 6카운트 이후의 상태가 같은지 비교하고, 다른 상태가 검출될 때까지 반복적으로 비교한다.
홀센서(500a, 500b, 500c)의 에러 여부를 하나의 상태에 대해 6카운트마다 한 번씩 판단하므로, 36 카운트 이후에는 모든 홀센서(500a, 500b, 500c) 상태에 대한 판단이 이루어지게 된다. 6카운트마다 한 번씩 에러 여부를 판단하므로 시스템에 가해지는 부담이 줄어드는 효과가 있다.
도 6은 본 발명의 3층 레이어 구조를 이용한 홀센서 에러 검출 방법 중 제 2 레이어에서 에러를 검출하는 방법을 설명하는 도면이다.
도 6을 참조하면, 3상 모터 제어 장치(10)는 제 1 레이어에서 제 1 상태 내지 제 6 상태와 각 상태로부터 6 카운트 이후의 상태를 비교한 결과, 어느 하나의 상태가 다른 것으로 판단한 경우, 상태가 다른 것으로 판단된 상태와 해당 상태로부터 3 카운트 이후의 상태를 가지고 OR연산 또는 XOR연산을 수행한다.
예를 들어, 제 1 상태가 제 1 상태로부터 6 카운트 이후의 상태와 다른 것으로 판단된 경우, 제 1 상태로부터 3 카운트 이후의 상태와 OR연산 또는 XOR연산을 수행한다. 제 1 상태로부터 3 카운트 이후의 상태는 제 4 상태가 된다. 제 1 상태가 (0, 1, 0)이라 하면 홀센서(500a, 500b, 500c)가 정상으로 동작하는 경우 제 4 상태는 (1, 0, 1)이므로, 제 1 상태와 제 4 상태를 가지고 OR연산 또는 XOR연산한 결과는 모두 (1, 1, 1)이 된다.
OR연산 또는 XOR연산을 한 결과 0이 검출되는 경우, 0이 검출된 부분에 해당하는 홀센서(500a, 500b, 500c)에 에러가 있는 것으로 판단할 수 있다. OR연산을 한 결과에 0이 검출되는 경우에는 0이 검출된 부분에 해당하는 홀센서(500a, 500b, 500c)에 쇼트 투 그라운드(Short to Ground) 에러가 있는 것으로 판단한다. XOR연산을 한 결과에 0이 검출되는 경우에는 0이 검출된 부분에 해당하는 홀센서(500a, 500b, 500c)에 쇼트 투 배터리(Short to Battery) 에러가 있는 것으로 판단한다.
그에 따라 도 6을 참조하면, 제 1 상태는 (0, 1, 0)인데 제 4 상태에 에러가 발생하여 (1, 0, 0)인 경우, OR연산한 결과는 (1, 1, 0)이 되므로 0이 검출된 홀센서C(500c)에 쇼트 투 그라운드(Short to Ground, SG) 에러가 발생한 것이 된다. 제 1 상태에 에러가 발생하여 (0, 1, 1)인 경우에는 제 4 상태 (1, 0, 1)과 XOR연산한 결과가 (1, 1, 0)이 되고, 이때에는 0이 검출된 홀센서C(500c)에 쇼트 투 배터리(Short to Battery, SB) 에러가 발생한 것이 된다.
이와 같이, 제 1 레이어에서 홀센서 에러를 검출한 이후 제 2 레이어에서 홀센서 에러를 다시 검출하기 때문에, 보다 정확한 홀센서 에러 검출이 가능하다.
도 7은 본 발명의 3층 레이어 구조를 이용한 홀센서 에러 검출 방법 중 제 3 레이어에서 에러를 검출하는 방법을 설명하는 도면이다.
도 7을 참조하면, 3상 모터 제어 장치(10)는 제 2 레이어에서 제 1 상태 내지 제 6 상태 중 어느 하나의 상태와 해당 상태로부터 3 카운트 이후의 상태를 가지고 OR연산 또는 XOR연산을 수행하여 0을 검출한 경우, 상태 테이블에 기 저장된 홀센서(500a, 500b, 500c)의 6개 상태와 실제 홀센서(500a, 500b, 500c)의 상태를 1 카운트마다 각각 비교하여 같은 상태인지 판단한다.
상태 테이블에는 홀센서(500a, 500b, 500c)가 정상 동작할 경우의 상태 값이 입력되어 있다. 도 7에 도시된 바와 같이, 상태 테이블에는 (0, 1, 0), (0, 1, 1), (0, 0, 1), (1, 0, 1), (1, 0, 0), (1, 1, 0)이 기 입력되어 저장될 수 있다. 상태 테이블에 기 저장된 홀센서(500a, 500b, 500c)의 6개 상태와 실제 홀센서(500a, 500b, 500c)의 상태를 1카운트마다 각각 비교한 결과, 상태가 다른 것으로 판단된 경우, 상태 테이블에 저장된 값과 다른 값을 갖는 부분에 해당하는 홀센서에 에러가 발생한 것으로 볼 수 있다. 상태 테이블에 저장된 값과 다르게 1로 바뀐 부분은 쇼트 투 배터리(Short to Battery), 0으로 바뀐 부분은 쇼트 투 그라운드(Short to Ground) 고장인 것으로 판정된다.
이와 같이, 제 1 레이어와 제 2 레이어에서 홀센서 에러를 검출한 이후 제 3 레이어에서 다시 검출하는 3층 레이어 구조의 상태 비교 로직을 활용하므로 홀센서 에러를 매우 정확히 검출할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 3상 모터 제어 장치의 구성을 나타내는 구성도이다.
도 8을 참조하면, 3상 모터 제어 장치(10)는 컨트롤러(100)와 모터 구동부(200)를 포함하고, 컨트롤러(100)는 홀센서 출력 감지부(110)와 홀센서 에러 판단부(120)를 포함할 수 있다.
홀센서 출력 감지부(110)는 3상 홀센서(500a, 500b, 500c)로부터 출력되는 출력신호를 감지한다.
홀센서 에러 판단부(120)는 홀센서 출력 감지부(110)에 의해 감지된 홀센서(500a, 500b, 500c)의 출력신호를 6개 상태 값으로 구분한다. 홀센서(500a, 500b, 500c)의 상태 시퀀스는 (0, 1, 0), (0, 1, 1), (0, 0, 1), (1, 0, 1), (1, 0, 0), (1, 1, 0)으로 나타날 수 있고, 각각 제 1 상태(state 1) 내지 제 6 상태(state 6)로 명명된다. 홀센서 에러 판단부(120)는 제1 상태를 상기 제 1 상태로부터 6 카운트 이후의 상태와 비교하여 같은 상태인지 판단할 수 있다. 예를 들어, 제 1 상태가 (0, 1, 0)인데 6 카운트 이후의 상태가 (0, 1, 1)인 경우, 홀센서C(500c)에 에러가 발생한 것으로 판단될 수 있다. 이 때 홀센서C(500c)는 쇼트 투 배터리(Short to Battery) 고장인 것으로 판단될 수 있다. 제 1 상태로부터 6 카운트 이후의 상태가 (0, 0, 0)인 경우에는 홀센서B(500b)에 에러가 발생한 것으로 쇼트 투 그라운드(Short to Ground) 고장인 것으로 판단될 수 있다.
홀센서 에러 판단부(120)는 제 1 상태와 제 1 상태로부터 6 카운트 이후의 상태가 같은 경우에는 제 1 상태의 다음 상태인 제 2 상태에 대한 판단을 이어간다. 즉, 제 2 상태를 상기 제 2 상태로부터 6 카운트 이후의 상태와 비교하여 같은 상태인지 판단한다. 위에서 제 1 상태를 (0, 1, 0)으로 가정하였으므로, 다음 상태인 제 2 상태는 (0, 1, 1)이 된다. 제 2 상태로부터 6 카운트 이후의 상태가 (0, 1, 1)인 경우에는 정상 동작으로 판단되고, (0, 1, 1)이 아닌 경우에는 변경된 부분의 홀센서(500a, 500b, 500c)에 에러가 발생한 것으로 판단될 수 있다. 1로 바뀐 부분은 쇼트 투 배터리(Short to Battery), 0으로 바뀐 부분은 쇼트 투 그라운드(Short to Ground) 고장인 것으로 판정된다.
제 2 상태와 상기 제 2 상태로부터 6카운트 이후의 상태가 같은 경우에는, 제 3 상태 내지 제 6 상태에 대해서도 각 상태로부터 6카운트 이후의 상태가 같은지 비교하고, 다른 상태가 검출될 때까지 반복적으로 비교한다.
홀센서(500a, 500b, 500c)의 에러 여부를 하나의 상태에 대해 6카운트마다 한 번씩 판단하므로, 36 카운트 이후에는 모든 홀센서(500a, 500b, 500c) 상태에 대한 판단이 이루어지게 된다. 6카운트마다 한 번씩 에러 여부를 판단하므로 시스템에 가해지는 부담이 줄어드는 효과가 있다.
홀센서 에러 판단부(120)는 제 1 레이어에서 제 1 상태 내지 제 6 상태와 각 상태로부터 6 카운트 이후의 상태를 비교한 결과, 어느 하나의 상태가 다른 것으로 판단한 경우, 상태가 다른 것으로 판단된 상태와 해당 상태로부터 3 카운트 이후의 상태를 가지고 OR연산 또는 XOR연산을 수행한다.
OR연산 또는 XOR연산을 한 결과 0이 검출되는 경우, 0이 검출된 부분에 해당하는 홀센서(500a, 500b, 500c)에 에러가 있는 것으로 판단할 수 있다. OR연산을 한 결과에 0이 검출되는 경우에는 0이 검출된 부분에 해당하는 홀센서(500a, 500b, 500c)에 쇼트 투 그라운드(Short to Ground) 에러가 있는 것으로 판단한다. XOR연산을 한 결과에 0이 검출되는 경우에는 0이 검출된 부분에 해당하는 홀센서(500a, 500b, 500c)에 쇼트 투 배터리(Short to Battery) 에러가 있는 것으로 판단한다. 이와 같이, 제 1 레이어에서 홀센서 에러를 검출한 이후 제 2 레이어에서 홀센서 에러를 다시 검출하기 때문에, 보다 정확한 홀센서 에러 검출이 가능하다.
홀센서 에러 판단부(120)는 제 2 레이어에서 제 1 상태 내지 제 6 상태 중 어느 하나의 상태와 해당 상태로부터 3 카운트 이후의 상태를 가지고 OR연산 또는 XOR연산을 수행하여 0을 검출한 경우, 상태 테이블에 기 저장된 홀센서(500a, 500b, 500c)의 6개 상태와 실제 홀센서(500a, 500b, 500c)의 상태를 1 카운트마다 각각 비교하여 같은 상태인지 판단한다.
상태 테이블에 저장된 값과 다르게 1로 바뀐 부분은 쇼트 투 배터리(Short to Battery), 0으로 바뀐 부분은 쇼트 투 그라운드(Short to Ground) 고장인 것으로 판정된다. 본 발명은 제 1 레이어와 제 2 레이어에서 홀센서 에러를 검출한 이후 제 3 레이어에서 다시 검출하는 3층 레이어 구조의 상태 비교 로직을 활용하므로 홀센서 에러를 매우 정확히 검출할 수 있다.
이와 같이, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시에 해당하는 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.
10: 3상 모터 제어 장치
100: 컨트롤러
110: 홀센서 출력 감지부
120: 홀센서 에러 판단부
200: 모터구동부
300: 3상 코일
400: 회전자
500a: 홀센서 A
500b: 홀센서 B
500c: 홀센서 C

Claims (12)

  1. 3상 모터 제어 장치가 3상 모터의 홀센서 에러를 검출하는 방법에 있어서,
    (a) 3상 홀센서로부터 출력되는 출력신호를 감지하는 단계;
    (b) 상기 출력신호로부터 3상 홀센서의 상태(state)를 6개 상태로 구분하고, 제1 상태를 상기 제 1 상태로부터 6 카운트 이후의 상태와 비교하여 같은 상태인지 판단하는 단계; 및
    (c) 상기 제 1 상태와 상기 제 1 상태로부터 6카운트 이후의 상태가 같은 경우, 상기 제1 상태의 다음 상태인 제 2 상태와 그 이후 상태인 제 3 상태 내지 제 6 상태에 대해서도 각각의 상태로부터 6카운트 이후의 상태가 같은지 순차적으로 비교하는 단계;
    를 포함하는 3상 모터의 홀센서 에러 검출 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제 1 상태 내지 상기 제 6 상태에 대하여 각각의 상태로부터 6 카운트 이후의 상태를 비교한 결과, 상태가 다른 부분이 있는 경우, 해당 부분에 해당하는 홀센서에 에러가 있는 것으로 판단하는 3상 모터의 홀센서 에러 검출 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    (d) 상기 제 1 상태 내지 상기 제 6 상태에 대하여 각각의 상태로부터 6 카운트 이후의 상태를 비교한 결과, 어느 하나의 상태가 다른 것으로 판단된 경우, 상태가 다른 것으로 판단된 상태와 해당 상태로부터 3 카운트 이후의 상태를 가지고 OR연산 또는 XOR연산을 수행하는 단계;
    를 더 포함하는 3상 모터의 홀센서 에러 검출 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 (d) 단계는,
    상기 OR연산 또는 상기 XOR연산을 수행한 결과 0이 검출되는 경우, 0이 검출된 부분에 해당하는 홀센서에 에러가 있는 것으로 판단하는 3상 모터의 홀센서 에러 검출 방법.
  5. 제3항에 있어서,
    (e) 상기 OR연산 또는 상기 XOR연산을 수행한 결과 0이 검출되는 경우, 상태 테이블에 기 저장된 홀센서의 6개 상태와 실제 홀센서의 상태를 1카운트마다 각각 비교하여 같은 상태인지 판단하는 단계;
    를 더 포함하는 3상 모터의 홀센서 에러 검출 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 (e) 단계는,
    상태 테이블에 기 저장된 홀센서의 6개 상태와 실제 홀센서의 상태를 1카운트마다 각각 비교한 결과, 상태가 다른 부분이 있는 경우, 해당 부분에 해당하는 홀센서에 에러가 있는 것으로 판단하는 3상 모터의 홀센서 에러 검출 방법.
  7. 컨트롤러 및 모터 구동부를 포함하는 3상 모터 제어 장치에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    3상 홀센서로부터 출력되는 출력신호를 감지하는 홀센서 출력 감지부; 및
    상기 출력신호로부터 3상 홀센서의 상태(state)를 6개 상태로 구분하고, 제1 상태를 상기 제 1 상태로부터 6 카운트 이후의 상태와 비교하여 같은 상태인지 판단하며, 상기 제 1 상태와 상기 제 1 상태로부터 6카운트 이후의 상태가 같은 경우, 상기 제1 상태의 다음 상태인 제 2 상태와 그 이후 상태인 제 3 상태 내지 제 6 상태에 대해서도 각각의 상태로부터 6카운트 이후의 상태가 같은지 순차적으로 비교하는 홀센서 에러 판단부;
    를 포함하는 3상 모터 제어 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 홀센서 에러 판단부는,
    상기 제 1 상태 내지 상기 제 6 상태에 대하여 각각의 상태로부터 6 카운트 이후의 상태를 비교한 결과 상태가 다른 부분이 있는 경우, 해당 부분에 해당하는 홀센서에 에러가 있는 것으로 판단하는 3상 모터 제어 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 홀센서 에러 판단부는,
    상기 제 1 상태 내지 상기 제 6 상태에 대하여 각각의 상태로부터 6 카운트 이후의 상태를 비교한 결과, 어느 하나의 상태가 다른 것으로 판단된 경우, 상태가 다른 것으로 판단된 상태와 해당 상태로부터 3 카운트 이후의 상태를 가지고 OR연산 또는 XOR연산을 수행하는 3상 모터 제어 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 홀센서 에러 판단부는,
    상기 OR연산 또는 상기 XOR연산을 수행한 결과 0이 검출되는 경우, 0이 검출된 부분에 해당하는 홀센서에 에러가 있는 것으로 판단하는 3상 모터 제어 장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 홀센서 에러 판단부는,
    상기 OR연산 또는 상기 XOR연산을 수행한 결과 0이 검출되는 경우, 상태 테이블에 기 저장된 홀센서의 6개 상태와 실제 홀센서의 상태를 1카운트마다 각각 비교하여 같은 상태인지 판단하는 3상 모터 제어 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 홀센서 에러 판단부는,
    상태 테이블에 기 저장된 홀센서의 6개 상태와 실제 홀센서의 상태를 1카운트마다 각각 비교한 결과, 상태가 다른 부분이 있는 경우, 해당 부분에 해당하는 홀센서에 에러가 있는 것으로 판단하는 3상 모터 제어 장치.
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