KR20190030501A - 인버터 스위칭 소자의 고장 검출 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 인버터 스위칭 소자의 고장 검출 장치는 코일이 권선된 고정자 및 상기 고정자 내에 배치되며 상기 코일에서 발생된 자기장에 의해 회전하는 회전자를 포함하는 모터, 각 상에 대한 상단 및 하단 스위칭 소자를 포함하고, 상기 스위칭 소자의 동작에 따라 상기 코일에 3상 교류 전류를 출력하는 인버터, 상기 3상 교류 전류 중 제1 및 제2 상의 교류 전류를 측정하는 전류센서, 상기 회전자의 위상각과 상기 회전자의 속도를 측정하는 홀센서 및 상기 전류센서의 측정값 및 측정 횟수를 각각 기준 범위 및 제1 기준 횟수와 비교하여 고장 상을 판단하고, 상기 홀센서에서 측정된 상기 회전자의 위상각에 따라 상기 고장 상에 대한 상단 또는 하단 스위칭 소자의 고장을 검출하는 마이컴을 포함하고, 상기 마이컴은 상기 홀센서에서 측정된 속도와 지령 속도간의 속도 오차 및 상기 속도의 측정 횟수를 각각 기준 값 및 제2 기준 횟수와 비교하여 제3 상을 고장 상으로 판단하고, 상기 홀센서에서 측정된 상기 회전자의 위상각에 따라 상기 제3 상에 대한 상단 또는 하단 스위칭 소자의 고장을 검출하는 것을 특징으로 한다.

Description

인버터 스위칭 소자의 고장 검출 장치 및 방법{Apparatus and Method for detecting fault of switching device in inverter}
본 발명은 인버터 스위칭 소자의 고장 검출 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 2-레벨 인버터(2-level inverter)에 포함된 6개의 스위칭 소자 중에서 어느 스위칭 소자에 고장이 발생하였는지를 검출할 수 있는 인버터 스위칭 소자의 고장 검출 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근 전동킥보드, 전동 휠, 초소형 전기자동차, 전기자전거, 전기스쿠터 등의 퍼스널 모빌리티(personal mobility)에 대한 관심이 증가하고 있다.
이와 같은 퍼스널 모빌리티는 휴대가 편리하고 배기가스가 발생하지 않아 차세대 이동수단으로서 주목 받고 있으며, 관련 시장의 규모는 점차 커질 것으로 예상된다.
정격출력이 낮은 퍼스널 모빌리티의 특성 상, 퍼스널 모빌리티는 일반적으로 3상 2-레벨 인버터(2-level inverter)를 기반으로 구동된다.
여기서 3상 2-레벨 인버터는 각 상에 대응하는 상단 및 하단 스위칭 소자, 다시 말해 총 6개의 스위칭 소자로 구성된다. 이 때, 6개의 스위칭 소자 중 어느 하나라도 고장이 발생하게 되면, 퍼스널 모빌리티는 비정상적으로 구동된다.
즉, 스위칭 소자의 고장은 탑승자의 안전을 위협하는 문제가 될 수 있다. 예를 들어, 탑승자가 스위칭 소자의 고장을 인지하지 못한 채 퍼스널 모빌리티를 계속 구동하게 되면 탑승자에게 교통사고가 발생할 확률이 매우 높아진다.
이에 따라, 3상 2-레벨 인버터의 어느 상에 고장이 발생하였는지를 파악하고, 나아가 어느 스위칭 소자에 고장이 발생하였는지를 파악할 수 있는 방법이 요구되고 있다.
본 발명은 인버터에서 출력되는 3상 교류 전류 중 임의의 두 상의 교류 전류만을 측정하여 어느 상에 고장이 발생하였는지를 판단하는 인버터 스위칭 소자의 고장 검출 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 인버터를 구성하는 스위칭 소자 중 어느 스위칭 소자에 고장이 발생하였는지를 검출하는 인버터 스위칭 소자의 고장 검출 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 스위칭 소자의 고장이 검출되면 인버터의 구동을 정지시키는 인버터 스위칭 소자의 고장 검출 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 발명은 인버터에서 출력되는 3상 교류 전류 중 제1 및 제2 상의 교류 전류를 측정하는 전류센서, 인버터가 구동하는 회전자의 속도를 측정하는 홀센서 및 전류센서의 측정결과와 홀센서의 측정결과를 이용하여 고장 상을 판단하는 마이컴을 포함함으로써, 인버터에서 출력되는 3상 교류 전류 중 임의의 두 상의 교류 전류만을 측정하여 어느 상에 고장이 발생하였는지를 판단할 수 있다.
또한, 본 발명은 인버터가 구동하는 회전자의 위상각을 측정하는 홀센서 및 측정된 회전자의 위상각에 기초하여 고장 상에 대한 상단 또는 하단 스위칭 소자의 고장을 검출하는 마이컴을 포함함으로써, 인버터를 구성하는 스위칭 소자 중 어느 스위칭 소자에 고장이 발생하였는지를 검출할 수 있다.
또한, 본 발명은 각 상에 대한 상단 스위칭 소자 또는 하단 스위칭 소자의 고장이 검출되면 인버터에 인가되는 구동 신호를 차단하는 마이컴을 포함함으로써, 스위칭 소자의 고장이 검출되면 인버터의 구동을 정지시킬 수 있다.
본 발명은 인버터에서 출력되는 3상 교류 전류 중 임의의 두 상의 교류 전류만을 측정하여 어느 상에 고장이 발생하였는지를 판단함으로써, 모든 상에 대한 전류센서를 구비할 필요가 없으므로 시스템을 구성하는데 있어서 비용을 절감할 수 있다.
또한, 본 발명은 인버터를 구성하는 스위칭 소자 중 어느 스위칭 소자에 고장이 발생하였는지를 검출함으로써, 고장 스위치의 위치를 파악할 수 있고 이에 따라 인버터를 수리함에 있어서 시간과 비용을 줄일 수 있다.
또한, 본 발명은 스위칭 소자의 고장이 검출되면 인버터의 구동을 정지시킴으로써, 스위칭 소자의 고장으로 인해 발생할 수 있는 전체 시스템의 오동작을 사전에 방지할 수 있다.
도 1은 인버터에 포함된 스위칭 소자가 구동되는 모습을 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터 스위칭 소자의 고장 검출 장치를 도시한 도면.
도 3은 도 2에 도시된 마이컴이 전류센서 및 홀센서의 측정값에 기초하여 인버터에 포함된 스위칭 소자의 고장을 검출하는 과정을 도시한 도면.
도 4는 도 1에 도시된 스위칭 소자 중에서 제1 및 제2 상에 대한 스위칭 소자의 고장을 검출하는 방법을 도시한 순서도.
도 5는 도 1에 도시된 스위칭 소자 중에서 제3 상에 대한 스위칭 소자의 고장을 검출하는 방법을 도시한 순서도.
도 6은 도 4 및 도 5에 도시된 방법에 따라 U상, V상 및 W상에 대한 스위칭 소자의 고장을 검출하는 과정을 도시한 순서도.
도 7 내지 도 12는 도 6에 도시된 과정에 따라 각 상의 상단 및 하단 스위칭 소자의 고장이 검출된 모습을 도시한 그래프.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.
이하에서는, 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터 스위칭 소자의 고장 검출 장치(이하, 고장 검출 장치)와 이를 구성하는 각 구성요소를 구체적으로 설명하도록 한다.
도 1은 인버터에 포함된 스위칭 소자가 구동되는 모습을 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터 스위칭 소자의 고장 검출 장치를 도시한 도면이다. 또한, 도 3은 도 2에 도시된 마이컴이 전류센서 및 홀센서의 측정값에 기초하여 인버터에 포함된 스위칭 소자의 고장을 검출하는 과정을 도시한 도면이다.
먼저 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 고장 검출 장치(100)는 모터(110), 인버터(120), 전류센서(130), 홀센서(140) 및 마이컴(150)을 포함할 수 있다. 도 2에 도시된 고장 검출 장치(100)는 일 실시예에 따른 것이고, 그 구성요소들이 도 2에 도시된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 일부 구성요소가 부가, 변경 또는 삭제될 수 있다.
본 발명은 인버터(120)에 포함된 스위칭 소자 중에서 어떤 스위칭 소자에 고장이 발생하였는지를 검출하기 위한 장치에 관한 것이다. 이에 따라, 본 발명의 동작 과정을 구체적으로 설명하기에 앞서, 먼저 도 1을 참조하여 인버터(120)에 포함된 스위칭 소자를 설명하도록 한다. 한편, 도 1에 도시된 모터(M, 110), 인버터(120) 및 마이컴(MICOM, 150)은 도 2에 도시된 것과 동일할 수 있다.
도 1을 참조하면, 모터(110)는 코일이 권선된 고정자(stator, 미도시) 및 고정자 내에 배치되며 코일에서 발생된 자기장에 의해 회전하는 회전자(rotor, 미도시)를 포함할 수 있다.
모터(110)는 유도 모터(induction motor), 브러시리스 DC 모터(Brushless DC moter; BLDC), 릴럭턴스 모터(reluctance motor)를 포함할 수 있다. 다만, 이하에서 설명되는 모터(110)는 소형화가 가능하면서도 소음이 적고 신뢰성이 높은 브러시리스 DC 모터인 것이 바람직하다.
또한, 이하에서 설명되는 모터(110)는 3상 코일이 권선된 고정자를 갖고, 3상 교류 전류를 제공받아 동작하는 3상 모터인 것으로 가정하여 설명하도록 한다.
인버터(120)는 게이트 드라이버(Drive IC, 160)에서 제공되는 PWM(Pulse Width Modulation) 신호에 따라 모터(110)를 구성하는 코일에 교류 전류를 출력할 수 있다. 전술한 바와 같이 모터(110)는 3상 모터이므로, 인버터(120)는 코일에 3상(U, V, W) 교류 전류를 출력할 수 있다.
인버터(120)는 PWM 신호에 따라 스위칭 동작을 수행하는 복수의 스위칭 소자(S1 ~ S3 및 S1' ~ S3')를 포함할 수 있고, 스위칭 소자(S1 ~ S3 및 S1' ~ S3')는 예를 들어, IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)일 수 있다.
인버터(120)에 포함된 스위칭 소자(S1 ~ S3 및 S1' ~ S3')는 각 상에 대한 PWM 신호에 따라 온 및 오프 동작을 수행함으로써, 직류 전압을 3상 교류 전류로 변환하여 모터(110)에 제공할 수 있다.
한편, 본 발명에서 인버터(120)는 6개의 스위칭 소자를 포함하는 2-레벨 인버터(2-level inverter)일 수 있다.
보다 구체적으로, 도 1에 도시된 바와 같이 인버터(120)는 3상 교류 전류를 출력하기 위해, 각 상에 대한 상단 및 하단 스위칭 소자(S1 ~ S3 및 S1' ~ S3')를 포함할 수 있다. 예를 들어, U상 교류 전류를 출력하기 위해 인버터(120)는 U상에 대한 상단 및 하단 스위칭 소자(S1, S1')를 포함할 수 있다. 또한, V상 교류 전류를 출력하기 위해 인버터(120)는 V상에 대한 상단 및 하단 스위칭 소자(S2, S2')를 포함할 수 있다. 마지막으로, W상 교류 전류를 출력하기 위해 인버터(120)는 W상에 대한 상단 및 하단 스위칭 소자(S3, S3')를 포함할 수 있다.
각 상에 대한 상단 스위칭 소자(S1 ~ S3)는 게이트 드라이버(160)에서 인가되는 상단 PWM 신호(HO 1, HO 2, HO 3)에 따라 각각 온 및 오프될 수 있다. 또한, 각 상에 대한 하단 스위칭 소자(S1' ~ S3')는 게이트 드라이버(160)에서 인가되는 하단 PWM 신호(LO 1, LO 2, LO 3)에 따라 각각 온 및 오프될 수 있다.
마이컴(150)은 게이트 드라이버(160)로 상단 제어 신호(HIN 1 ~ HIN 3) 및 하단 제어 신호(LIN 1 ~ LIN 3)를 출력함으로써 인버터(120)에 제공되는 PWM 신호의 듀티비를 제어할 수 있다.
PWM 신호의 듀티비는 모터(110)의 현재 구동 상태, 인버터(120)의 출력 전류 및 출력 전압 등에 따라 결정될 수 있는데, 이와 같은 PWM 신호의 듀티비를 제어하는 방법은 당해 기술분야에서 일반적으로 알려진 방법을 이용하므로 여기서는 자세한 설명을 생략하도록 한다.
이상에서는 도 1을 참조하여 인버터(120)에 포함된 스위칭 소자의 동작 과정을 설명하였다. 다음으로 도 2 및 도 3을 참조하여, 전류센서(130)와 홀센서(140)의 출력값에 따라 스위칭 소자의 고장을 검출하는 과정을 구체적으로 설명하도록 한다.
다시 도 2를 참조하면, 전류센서(130)는 3상 교류 전류 중 제1 및 제2상의 교류 전류를 측정할 수 있다. 여기서 제1 및 제2 상은 3상 중 임의의 두 상일 수 있다. 전류센서(130)가 두 상의 교류 전류만을 측정하였을 때, 나머지 상의 교류 전류는 측정된 두 상의 교류 전류를 통해 산출될 수 있다.
보다 구체적으로, 전류센서(130)가 측정한 U상의 교류 전류가 UA이고 V상의 교류 전류가 VA이면, W상의 교류 전류는 -(UA+VA)일 수 있다.
도 2에서는 전류센서(130)가 U상 및 V상의 교류 전류를 측정하는 것으로 도시되어 있으나, 전술한 바와 같이 전류센서(130)는 U, V 및 W상 중 임의의 두 상의 교류 전류를 측정할 수 있다.
홀센서(Hall sensor, 140)는 회전자의 위상각과 회전자의 속도를 측정할 수 있다. 보다 구체적으로, 홀센서(140)는 자기장의 세기에 따라 전압이 변하는 소자를 포함할 수 있고, 전압이 변화하는 정도에 따라 회전자의 위상각 및 회전자의 속도를 측정할 수 있다.
마이컴(150)은 전류센서(130)의 측정값 및 측정 횟수를 각각 기준 범위 및 제1 기준 횟수와 비교하여 제1 상 또는 제2 상의 고장을 판단할 수 있다.
각 상에 대한 스위칭 소자 중에서 상단 스위칭 소자에 고장이 발생한 경우, 각 상의 출력 전류는 양의 구간에서 0일 수 있다. 반면에, 하단 스위칭 소자에 고장이 발생한 경우, 각 상의 출력 전류는 음의 구간에서 0일 수 있다.
이에 따라, 마이컴(150)은 전류센서(130)의 측정값을 0에 가깝게 설정된 기준 범위와 비교하고, 전류센서(130)의 측정 횟수를 고장 판단을 위해 요구되는 횟수인 제1 기준 횟수와 비교하여 고장 상을 판단할 수 있다.
본 발명에서 고장 상(fault phase)은 3상 중에서 고장이 발생한 상을 의미할 수 있다. 보다 구체적으로, 고장 상은 해당 상에 대응하는 스위칭 소자에 고장이 발생한 상일 수 있다.
도 3을 참조하면, 마이컴(150)은 제1 상 및 제2 상 중에서, 각 상에 대한 교류 전류가 제1 기준 횟수 이상 기준 범위 이내에서 측정되는 상을 고장 상으로 판단할 수 있다.
제1 상 또는 제2 상의 고장 판단을 위해, 전술한 기준 범위는 0에 가까운 범위로서 사용자에 의해 설정될 수 있고 예를 들어, -0.3[A] ~ 0.3[A]로 설정될 수 있다. 또한, 전술한 제1 기준 횟수는 고장 판단의 신뢰도를 높이기 위해 요구되는 횟수로서 사용자에 의해 설정될 수 있고 예를 들어, 20회로 설정될 수 있다.
전류센서(130)는 제1 상 및 제2 상의 교류 전류를 일정 주기로 측정하고, 측정된 값을 마이컴(150)에 제공할 수 있다. 이 때, 전류센서(130)의 측정 주기는 전류센서(130)의 성능 및 사용자의 설정에 의해 결정될 수 있고, 각 상의 교류 전류의 한 주기보다 매우 짧게 설정될 수 있다.
마이컴(150)은 전류센서(130)로부터 제공받은 측정값을 내부 메모리에 누적 저장할 수 있다.
또한, 마이컴(150)은 전류센서(130)로부터 제공받은 측정값을 기준 범위와 비교하고, 기준 범위 이내의 측정값이 제1 기준 횟수 이상 연속되는 상을 고장 상으로 판단할 수 있다.
다시 말해, 마이컴은 각 상에 대한 교류 전류가 기준 범위 이내에서 제1 기준 횟수 이상 연속으로 측정되는 상을 고장 상으로 판단할 수 있다.
예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이 전류센서(130)는 U상 및 V상의 교류전류를 측정하여 마이컴(150)에 제공할 수 있다. U상 및 V상 중에서 U상의 교류 전류가 기준 범위 이내에서 제1 기준 횟수 이상 연속으로 측정되면, 마이컴(150)은 U상의 고장을 판단할 수 있다. 이와 달리, V상의 교류 전류가 기준 범위 이내에서 제1 기준 횟수 이상 연속으로 측정되면, 마이컴(150)은 V상의 고장을 판단할 수 있다.
즉, 마이컴(150)은 스위칭 소자에 고장이 발생하면 해당 상에서 출력되는 교류 전류가 양의 구간 또는 음의 구간에서 0이 되는 전기적 특성을 이용하여 제1 및 제2 상의 고장 여부를 판단할 수 있다.
한편 전술한 바와 같이, 본 발명의 전류센서(130)는 3상 중에서 제1 및 제2 상의 교류 전류만을 측정하고, 나머지 제3 상의 교류 전류는 측정된 두 상의 교류 전류를 통해 산출될 수 있다.
이로 인해, 제3 상의 스위칭 소자에 고장이 발생하더라도 제1 및 제2 상의 스위칭 소자가 정상적으로 동작하는 경우, 제3 상의 교류 전류는 정상적으로 측정될 수 있다.
이에 따라, 후술하는 제3 상의 고장 판단은 제1 및 제2 상이 고장 상이 아닌 것을 전제로 한다. 다시 말해, 본 발명은 제1 및 제2 상이 정상적으로 동작하여 제3 상의 교류 전류가 정상적으로 측정되는 경우에 한해 제3 상의 고장 판단을 수행할 수 있다.
마이컴(150)은 홀센서(140)에서 측정된 속도와 지령 속도간의 속도 오차 및 속도의 측정 횟수를 각각 기준 값 및 제2 기준 횟수와 비교하여 제3 상의 고장을 판단할 수 있다. 여기서 지령 속도는 사용자 또는 외부 디바이스로부터 입력되는 값으로서, 회전자의 회전 속도에 대한 목표 값일 수 있다.
제3 상의 스위칭 소자에 고장이 발생한 경우, 제3 상의 교류 전류는 정상적으로 출력되더라도 실제 회전자의 속도와 지령 속도에는 오차가 발생할 수 있다. 보다 구체적으로, 제3 상의 스위칭 소자에 고장이 발생한 후에는 회전자의 속도가 감소함에 따라 속도 오차(|지령 속도-회전자 속도|)는 증가할 수 있다.
이에 따라, 마이컴(150)은 속도 오차를 고장 판단을 위해 설정된 기준 값과 비교하고, 홀센서(140)의 속도 측정 횟수를 고장 판단을 위해 요구되는 횟수인 제2 기준 횟수와 비교하여 제3 상을 고장 상으로 판단할 수 있다.
보다 구체적으로 도 3을 참조하면, 마이컴(150)은 홀센서(140)에서 측정된 회전자의 속도와 지령 속도의 차이가 제2 기준 횟수 이상 기준 값을 초과하면 제3 상을 고장 상으로 판단할 수 있다.
기준 값은 고장 판단을 위해 설정된 값으로서 사용자에 의해 설정될 수 있고 예를 들어, 10rpm으로 설정될 수 있다. 또한, 제2 기준 횟수는 고장 판단의 신뢰도를 높이기 위해 요구되는 횟수로서 사용자에 의해 설정될 수 있고 예를 들어, 5회로 설정될 수 있다.
홀센서(140)는 회전자의 속도를 일정 주기로 측정하고, 측정된 값을 마이컴(150)에 제공할 수 있다. 이 때, 홀센서(140)의 측정 주기는 홀센서(140)의 성능 및 사용자의 설정에 의해 결정될 수 있고, 각 상의 교류 전류의 한 주기보다 매우 짧게 설정될 수 있다.
마이컴(150)은 홀센서(140)로부터 제공받은 회전자의 속도를 내부 메모리에 누적 저장할 수 있다.
또한, 마이컴(150)은 홀센서(140)로부터 제공받은 회전자의 속도와 지령 속도간의 속도 오차를 산출하고, 산출된 속도 오차를 기준 값과 비교할 수 있다. 이 때, 속도 오차의 산출 주기는 홀센서의 측정 주기와 동일할 수 있다.
비교 결과, 기준 값을 초과하는 속도 오차가 제2 기준 횟수 이상 연속되면 제3 상을 고장 상으로 판단할 수 있다. 다시 말해, 마이컴은 기준 값을 초과하는 속도 오차가 제2 기준 횟수 이상 연속으로 산출되면 제3 상을 고장 상으로 판단할 수 있다.
예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이 홀센서(140)는 회전자의 속도를 측정하여 마이컴(150)에 제공할 수 있다. 마이컴(150)은 지령 속도와 회전자의 속도간의 속도 오차를 산출하고, 기준 값을 초과하는 속도 오차가 제2 기준 횟수 이상 연속으로 산출되면, W상의 고장을 판단할 수 있다.
즉, 마이컴(150)은 스위칭 소자에 고장이 발생하면 회전자의 속도과 지령 속도간의 오차가 커지는 전기적 특성을 이용하여 제3 상의 고장 여부를 판단할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 인버터에서 출력되는 3상 교류 전류 중 임의의 두 상의 교류 전류만을 측정하여 어느 상에 고장이 발생하였는지를 판단함으로써, 모든 상에 대한 전류센서를 구비할 필요가 없으므로 시스템을 구성하는데 있어서 비용을 절감할 수 있다.
제1 내지 제3 상 중 적어도 하나의 상이 고장 상으로 판단되면, 마이컴(150)은 홀센서(140)에서 측정된 회전자의 위상각에 따라 고장 상에 대한 상단 또는 하단 스위칭 소자의 고장을 검출할 수 있다.
회전자의 위상각은 0도와 360도 사이에서 측정될 수 있고, 마이컴(150)은 회전자의 위상각이 몇 도인지에 따라 상단 또는 하단 스위칭 소자의 고장을 검출할 수 있다.
홀센서(140)는 회전자의 위상각을 일정 주기로 측정하고, 측정된 값을 마이컴(150)에 제공할 수 있다. 이 때, 홀센서(140)의 측정 주기는 전술한 회전자의 속도를 측정하는 주기와 동일할 수 있다.
마이컴(150)은 홀센서(140)로부터 제공받은 회전자의 위상각을 내부 메모리에 누적 저장할 수 있다. 한편, 전술한 전류센서(130) 및 홀센서(140)의 측정 주기가 동일한 경우 마이컴(150)은 전류센서(130) 및 홀센서(140)로부터 수신된 교류 전류의 측정값, 회전자의 속도 및 위상각을 서로 대응되도록 저장할 수 있다.
다시 말해, 마이컴(150)은 매 측정 주기마다 내부 메모리에 교류 전류의 측정값, 회전자의 속도 및 위상각을 서로 각각 대응되도록 저장할 수 있다.
마이컴(150)은 회전자의 위상각을 고장 상에 대한 위상각 범위와 비교하여 고장 상에 대한 상단 또는 하단 스위칭 소자의 고장을 검출할 수 있다.
3상 교류 전류는 동일한 주기를 가지며 서로 120도의 위상차를 가질 수 있다. 또한, 각 상의 한 주기에 해당하는 위상각(360도) 중에서 양의 구간의 위상각 및 음의 구간의 위상각은 각각 상단 및 하단 스위칭 소자에 대응할 수 있다.
보다 구체적으로, 고장 상에 대한 위상각 범위는 고장 상의 상단 스위칭 소자에 대응하는 제1 위상각 범위 및 고장 상의 하단 스위칭 소자에 대응하는 제2 위상각 범위를 포함할 수 있다. 이 때, 제1 위상각 범위는 제2 위상각 범위와 180도의 위상차를 가질 수 있다.
예를 들어, U상에 대한 위상각 범위는 0 ~ 360도일 수 있다. 이 때, 0 ~ 180도에서는 U상의 교류 전류가 음의 구간에서 출력될 수 있고, 180 ~ 360도에서는 U상의 교류 전류가 양의 구간에서 출력될 수 있다.
이와 같은 경우, 상단 스위칭 소자는 양의 구간에 대응되므로, 제1 위상각 범위는 180 ~ 360도일 수 있다. 한편, 하단 스위칭 소자는 음의 구간에 대응되므로, 제2 위상각 범위는 0 ~ 180도일 수 있다.
이에 따라, 마이컴(150)은 회전자의 위상각이 제1 위상각 범위 이내이면 고장 상의 상단 스위칭 소자의 고장을 검출할 수 있다. 반면에, 마이컴(150)은 회전자의 위상각이 제2 위상각 범위 이내이면 고장 상의 하단 스위칭 소자의 고장을 검출할 수 있다.
다시 말해, 도 3에 도시된 바와 같이 마이컴(150)은 회전자의 위상각을 홀센서(140)로부터 제공받고, 제공된 회전자의 위상각이 상단 스위칭 소자에 대응하는 위상각이면 상단 스위칭 소자의 고장을 검출할 수 있다. 반면에, 마이컴(150)은 제공된 회전자의 위상각이 하단 스위칭 소자에 대응하는 위상각이면 하단 스위칭 소자의 고장을 검출할 수 있다.
한편, 마이컴(150)이 고장 상에 대한 위상각 범위와 비교하는 회전자의 위상각은 내부 메모리에 누적 저장된 위상각 중 어느 하나의 위상각일 수 있다.
예를 들어, U상의 교류 전류가 -0.3[A] ~ 0.3[A]에서 20회 이상 측정되어 U상이 고장 상으로 판단된 경우, 마이컴(150)의 내부 메모리에는 1회 ~ 20회의 교류 전류 측정값과 1회 ~ 20회의 회전자의 위상각이 서로 대응되도록 누적 저장될 수 있다.
이 때, 마이컴(150)은 저장된 1회 ~ 20회의 회전자의 위상각 중에서 임의의 위상각을 전술한 위상각 범위와 비교하여 U상에 대한 상단 또는 하단 스위칭 소자의 고장을 검출할 수 있다.
또한, 회전자의 속도와 지령 속도간의 속도 오차가 5회 이상 10rpm을 초과하여 W상이 고장 상으로 판단된 경우, 마이컴(150)의 내부 메모리에는 1회 ~ 5회의 회전자의 속도와 1회 ~ 5화의 회전자의 위상각이 서로 대응되도록 누적 저장될 수 있다.
이 때, 마이컴(150)은 저장된 1회 ~ 5회의 회전자의 위상각 중에서 임의의 위상각을 전술한 위상각 범위와 비교하여 W상에 대한 상단 또는 하단 스위칭 소자의 고장을 검출할 수 있다.
이와 달리, 마이컴(150)은 교류 전류가 기준 범위 이내에서 측정된 횟수가 제1 기준 횟수일 때의 회전자의 위상각을 제1 및 제2 상에 대한 위상각 범위와 비교하여 제1 및 제2 상에 대한 상단 또는 하단 스위칭 소자의 고장을 검출할 수 있다.
예를 들어, V상의 교류 전류가 -0.3[A] ~ 0.3[A]에서 20회 이상 측정되어 V상이 고장 상으로 판단될 수 있다.
이 때, 마이컴(150)은 V상이 고장 상으로 판단된 순간, 다시 말해 20회의 교류 전류 측정값이 측정되었을 때의 회전자의 위상각을 전술한 위상각 범위와 비교하여 V상에 대한 상단 또는 하단 스위칭 소자의 고장을 검출할 수 있다.
또한, 마이컴(150)은 홀센서(140)에서 측정된 회전자의 속도와 지령 속도의 차이가 기준값을 초과한 횟수가 제2 기준 횟수일 때의 회전자의 위상각을 제3 상에 대한 위상각 범위와 비교하여 제3 상에 대한 상단 또는 하단 스위칭 소자의 고장을 검출할 수 있다.
예를 들어, 회전자의 속도와 지령 속도간의 속도 오차가 5회 이상 10rpm을 초과하여 W상이 고장 상으로 판단될 수 있다.
이 때, 마이컴(150)은 W상이 고장 상으로 판단된 순간, 다시 말해 5회의 회전자의 속도가 측정되었을 때의 회전자의 위상각을 전술한 위상각 범위와 비교하여 W상에 대한 상단 또는 하단 스위칭 소자의 고장을 검출할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 인버터를 구성하는 스위칭 소자 중 어느 스위칭 소자에 고장이 발생하였는지를 검출함으로써, 고장 스위치의 위치를 파악할 수 있고 이에 따라 인버터를 수리함에 있어서 시간과 비용을 줄일 수 있다.
각 상에 대한 상단 스위칭 소자 또는 하단 스위칭 소자의 고장이 검출되면, 마이컴(150)은 인버터(120)에 인가되는 구동 신호를 차단할 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 인버터(120)에 인가되는 구동 신호는 게이트 드라이버(160)에서 출력되는 PWM 신호(HO 1 ~ HO 3 및 LO 1 ~ LO 3)일 수 있다. 마이컴(150)은 임의의 스위칭 소자의 고장을 검출하면 게이트 드라이버(160)로 인가되는 제어 신호(HIN 1 ~ HIN 3 및 LIN 1 ~ LIN 3)를 차단할 수 있고, 이에 따라 게이트 드라이버(160)에서 인버터(120)로 인가되는 구동신호 또한 차단될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 스위칭 소자의 고장이 검출되면 인버터(120)의 구동을 정지시킴으로써, 스위칭 소자의 고장으로 인해 발생할 수 있는 전체 시스템의 오동작을 사전에 방지할 수 있다.
이하에서는, 도 4 내지 도 5을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터 스위칭 소자의 고장 검출 방법(이하, 고장 검출 방법)을 구체적으로 설명하도록 한다.
도 4는 도 1에 도시된 스위칭 소자 중에서 제1 및 제2 상에 대한 스위칭 소자의 고장을 검출하는 방법을 도시한 순서도이다. 또한, 도 5는 도 1에 도시된 스위칭 소자 중에서 제3 상에 대한 스위칭 소자의 고장을 검출하는 방법을 도시한 순서도이다.
먼저 도 4를 참조하여, 제1 및 제2 상에 대한 스위칭 소자의 고장을 검출하는 방법을 설명하도록 한다.
도 4를 참조하면, 측정 유닛은 인버터에서 출력되는 3상 교류 전류 중 제1 및 제2 상의 교류 전류와 회전자의 위상각 및 속도를 측정할 수 있다(S410).
여기서 측정 유닛은 도 2에 도시된 전류센서(130) 및 홀센서(140)로 구성되므로, 측정 유닛에 대한 자세한 설명은 생략하도록 한다.
이어서, 마이컴은 제1 상 및 제2 상에 대한 교류 전류의 측정값 및 측정 횟수를 각각 기준 범위 및 제1 기준 횟수와 비교하여 고장 상을 판단할 수 있다(S420). 보다 구체적으로, 마이컴은 각 상에 대한 교류 전류가 제1 기준 횟수 이상 기준 범위 이내에서 측정되는 상을 고장 상으로 판단할 수 있다.
여기서 마이컴은 도 2에 도시된 마이컴(150)과 동일하므로, 마이컴에 대한 자세한 설명은 생략하도록 한다.
이어서, 마이컴은 회전자의 위상각에 따라 고장 상에 대한 상단 또는 하단 스위칭 소자의 고장을 검출할 수 있다(S430). 보다 구체적으로, 마이컴은 회전자의 위상각을 고장 상에 대한 위상각 범위와 비교하여 고장 상에 대한 상단 또는 하단 스위칭 소자의 고장을 검출할 수 있다.
다시 말해, 마이컴은 회전자의 위상각이 고장 상의 상단 스위칭 소자에 대응하는 제1 위상각 범위 이내이면 고장 상의 상단 스위칭 소자의 고장을 검출할 수 있다.
또한, 마이컴은 회전자의 위상각이 고장 상의 하단 스위칭 소자에 대응하는 제2 위상각 범위 이내이면 고장 상의 하단 스위칭 소자의 고장을 검출할 수 있다.
단계(S410)은 도 3을 참조하여 설명한 전류센서(130) 및 홀센서(140)의 동작 방법과 동일할 수 있고, 단계(S420) 및 단계(S430)은 도 3을 참조하여 설명한 마이컴(150)의 동작 방법과 동일할 수 있다.
다음으로, 도 5를 참조하여 제3 상에 대한 스위칭 소자의 고장을 검출하는 방법을 설명하도록 한다. 한편, 도 5에 도시된 방법은 도 4에 도시된 단계(S420)에서 고장 상이 판단되지 않은 경우에 한해 수행될 수 있다.
도 5를 참조하면, 측정 유닛은 회전자의 위상각 및 속도를 측정할 수 있다(S510).
마찬가지로, 측정 유닛은 도 2에 도시된 전류센서(130) 및 홀센서(140)로 구성되므로, 측정 유닛에 대한 자세한 설명은 생략하도록 한다.
이어서, 마이컴은 측정된 회전자의 속도와 지령 속도의 차이 값(회전자의 속도와 지령 속도간의 속도 오차)을 기준 값과 비교하고, 속도의 측정 횟수를 제2 기준 횟수와 비교하여 제3 상을 고장 상으로 판단할 수 있다(S520).
보다 구체적으로, 마이컴은 측정된 회전자의 속도와 지령 속도간의 속도오차가 제2 기준 횟수 이상 기준 값을 초과하면 제3 상을 고장 상으로 판단할 수 있다.
마찬가지로, 마이컴은 도 2에 도시된 마이컴(150)과 동일하므로, 마이컴에 대한 자세한 설명은 생략하도록 한다.
이어서, 마이컴은 회전자의 위상각에 따라 제3 상에 대한 상단 또는 하단 스위칭 소자의 고장을 판단할 수 있다(S530). 보다 구체적으로, 마이컴은 회전자의 위상각을 제3 상에 대한 위상각 범위와 비교하여 제3 상에 대한 상단 또는 하단 스위칭 소자의 고장을 검출할 수 있다.
다시 말해, 마이컴은 회전자의 위상각이 제3 상의 상단 스위칭 소자에 대응하는 제1 위상각 범위 이내이면 제3 상의 상단 스위칭 소자의 고장을 검출할 수 있다.
또한, 마이컴은 회전자의 위상각이 제3 상의 하단 스위칭 소자에 대응하는 제2 위상각 범위 이내이면 제3 상의 하단 스위칭 소자의 고장을 검출할 수 있다.
단계(S510)은 도 3을 참조하여 설명한 홀센서(140)의 동작 방법과 동일할 수 있고, 단계(S520) 및 단계(S530)은 도 3을 참조하여 설명한 마이컴(150)의 동작 방법과 동일할 수 있다.
한편, 전술한 방법에 의해 임의의 스위칭 소자의 고장이 검출되면, 마이컴은 인버터에 인가되는 구동 신호를 차단할 수 있다. 구동 신호 차단 방법에 관해서는 도 1을 참조하여 설명한 바 있으므로, 여기서는 자세한 설명을 생략하도록 한다.
이하에서는, 도 6 내지 도 12를 참조하여 스위칭 소자의 고장을 검출하는 구체적인 예를 설명하도록 한다.
도 6은 도 4 및 도 5에 도시된 방법에 따라 U상, V상 및 W상에 대한 스위칭 소자의 고장을 검출하는 과정을 도시한 순서도이다. 또한, 도 7 내지 도 12는 도 6에 도시된 과정에 따라 각 상의 상단 및 하단 스위칭 소자의 고장이 검출된 모습을 도시한 그래프이다.
도 6을 참조하면, 측정 유닛은 인버터에서 출력되는 3상 교류 전류 중 U상 및 V상의 교류 전류를 측정할 수 있다(S610). 또한, 도면에는 도시되지 않았지만 도 4 및 도 5에서 설명한 바와 같이 측정 유닛은 회전자의 위상각 및 속도를 더 측정할 수 있다.
마이컴은 U상 또는 V상의 교류 전류와 측정 횟수를 기준 범위(-0.3[A] ~ 0.3[A]) 및 제1 기준 횟수(20회)와 비교할 수 있다(S620).
비교 결과, U상 또는 V상의 교류 전류가 -0.3[A] ~ 0.3[A]에서 20회 연속 누적 측정되면, 마이컴은 U상 또는 V상의 고장을 판단할 수 있다(S630).
한편, 인버터에서 출력되는 U상의 상단 스위칭 소자에 대응되는 제1 위상각 범위는 180도 ~ 360도일 수 있고, U상의 하단 스위칭 소자에 대응되는 제2 위상각 범위는 0도 ~ 360도일 수 있다.
단계(S630)에서 U상의 고장이 판단되면, 마이컴은 회전자의 위상각을 U상에 대한 제1 위상각 범위(180도 ~ 360도)와 비교할 수 있다(S640).
비교 결과, 회전자의 위상각이 U상에 대한 제1 위상각 범위(180도 ~ 360도) 이내이면 마이컴은 U상의 상단 스위칭 소자의 고장을 검출할 수 있다(S660).
도 7을 참조하면, 0.6[s]에 U상의 상단 스위치가 고장날 수 있다. 고장 시점 이후에 U상에서 출력되는 교류 전류는 양의 구간이 0일 수 있다.
측정 유닛은 20회의 측정 주기 동안 교류 전류를 0으로 측정할 수 있고, 이에 따라 마이컴은 U상의 고장을 검출할 수 있다. 이 때, 고장 검출 신호의 전압값은 0에서 1[V]로 변경될 수 있다. 도 7에 도시된 고장 시점과 검출 시점 사이의 시간은 측정 유닛이 20회의 측정을 수행하는데 걸리는 시간일 수 있다.
한편, 마이컴은 U상의 고장을 검출함과 동시에 측정 유닛에서 측정된 회전자의 위상각을 확인할 수 있다. 도 7에 도시된 바와 같이 검출 시점에 회전자의 위상각은 약 200도로 제1 위상각 범위 이내이므로, 마이컴은 U상에 대한 상단 스위칭 소자의 고장을 검출할 수 있다. 이 때, 스위칭 소자 고장 위치 검출 신호의 전압값은 0에서 1[V]로 변경될 수 있다.
다시 도 6을 참조하면, 단계(S640)의 비교 결과, 회전자의 위상각이 제1 위상각 범위 밖이면 마이컴은 U상의 하단 스위칭 소자의 고장을 검출할 수 있다(S670).
도 8을 참조하면, 0.5[s]에 U상의 하단 스위치가 고장날 수 있다. 고장 시점 이후에 U상에서 출력되는 교류 전류는 음의 구간이 0일 수 있다.
측정 유닛은 20회의 측정 주기 동안 교류 전류를 0으로 측정할 수 있고, 이에 따라 마이컴은 U상의 고장을 검출할 수 있다. 이 때, 고장 검출 신호의 전압값은 0에서 1[V]로 변경될 수 있다.
한편, 마이컴은 U상의 고장을 검출함과 동시에 측정 유닛에서 측정된 회전자의 위상각을 확인할 수 있다. 도 8에 도시된 바와 같이 검출 시점에 회전자의 위상각은 약 360도로 제1 위상각 범위 밖이므로, 마이컴은 U상에 대한 하단 스위칭 소자의 고장을 검출할 수 있다. 이 때, 스위칭 소자 고장 위치 검출 신호의 전압값은 0에서 2[V]로 변경될 수 있다.
다시 도 6을 참조하면, 단계(S630)에서 V상의 고장이 판단되면, 마이컴은 회전자의 위상각을 V상에 대한 위상각 범위와 비교할 수 있다(S650).
V상은 U상에 대해 120도 늦은 위상을 가질 수 있고, 이에 따라, V상의 상단 스위칭 소자에 대응되는 제1 위상각 범위는 300도 ~ 120도일 수 있고, V상의 하단 스위칭 소자에 대응되는 제2 위상각 범위는 120도 ~ 300도일 수 있다.
마이컴은 회전자의 위상각이 V상에 대한 제1 위상각 범위(300도 ~ 120도) 이내이면 V상의 상단 스위칭 소자의 고장을 검출할 수 있다(S680).
도 9를 참조하면, 0.65[s]에 V상의 상단 스위치가 고장날 수 있다. 고장 시점 이후에 V상에서 출력되는 교류 전류는 양의 구간이 0일 수 있다.
측정 유닛은 20회의 측정 주기 동안 교류 전류를 0으로 측정할 수 있고, 이에 따라 마이컴은 V상의 고장을 검출할 수 있다. 이 때, 고장 검출 신호의 전압값은 0에서 1[V]로 변경될 수 있다.
한편, 마이컴은 V상의 고장을 검출함과 동시에 측정 유닛에서 측정된 회전자의 위상각을 확인할 수 있다. 도 9에 도시된 바와 같이 검출 시점에 회전자의 위상각은 약 300도로 제1 위상각 범위 이내이므로, 마이컴은 V상에 대한 상단 스위칭 소자의 고장을 검출할 수 있다. 이 때, 스위칭 소자 고장 위치 검출 신호의 전압값은 0에서 3[V]으로 변경될 수 있다.
다시 도 6을 참조하면, 단계(S650)의 비교 결과, 회전자의 위상각이 제1 위상각 범위 밖이면 마이컴은 V상의 하단 스위칭 소자의 고장을 검출할 수 있다(S690).
도 10을 참조하면, 0.55[s]에 V상의 하단 스위치가 고장날 수 있다. 고장 시점 이후에 V상에서 출력되는 교류 전류는 음의 구간이 0일 수 있다.
측정 유닛은 고장 시점 이후 V상의 교류 전류가 0이 된 시점부터 20회의 측정 주기 동안 교류 전류를 0으로 측정할 수 있고, 이에 따라 마이컴은 V상의 고장을 검출할 수 있다. 이 때, 고장 검출 신호의 전압값은 0에서 1[V]로 변경될 수 있다.
한편, 마이컴은 V상의 고장을 검출함과 동시에 측정 유닛에서 측정된 회전자의 위상각을 확인할 수 있다. 도 10에 도시된 바와 같이 검출 시점에 회전자의 위상각은 약 150도로 제1 위상각 범위 밖이므로, 마이컴은 V상에 대한 하단 스위칭 소자의 고장을 검출할 수 있다. 이 때, 스위칭 소자 고장 위치 검출 신호의 전압값은 0에서 4[V]로 변경될 수 있다.
다시 도 6을 참조하면, 단계(S620)에서 U상 또는 V상의 교류 전류가 -0.3[A] ~ 0.3[A]에서 20회 연속 누적 측정되지 않으면, 마이컴은 회전자의 속도와 지령 속도간의 속도 오차를 기준 값(10rpm)과 비교하고, 속도 측정 횟수를 제2 기준 횟수(5회)와 비교할 수 있다(S710).
비교 결과, 10rpm을 초과하는 속도 오차가 5회 연속 누적 측정되지 않으면, 지속적으로 U상 및 V상의 교류 전류를 측정할 수 있다(S610). 이와 달리, 10rpm을 초과하는 속도 오차가 5회 연속 누적 측정되면, 마이컴은 W상의 고장을 판단할 수 있다(S720).
한편, W상은 V상에 대해 120도 늦은 위상을 가질 수 있고, 이에 따라, W상의 상단 스위칭 소자에 대응되는 제1 위상각 범위는 60도 ~ 240도일 수 있고, W상의 하단 스위칭 소자에 대응되는 제2 위상각 범위는 240도 ~ 60도일 수 있다.
마이컴은 회전자의 위상각이 W상에 대한 제1 위상각 범위(60도 ~ 240도) 이내이면 W상의 상단 스위칭 소자의 고장을 검출할 수 있다(S740).
도 11을 참조하면, 0.55[s]에 W상의 상단 스위치가 고장날 수 있다. 다만, W상의 교류 전류는 U상 및 V상의 교류 전류를 통해 산출되므로, 고장 시점 이후에도 W상 교류 전류는 정상 파형을 가질 수 있다.
한편, 도 11에 도시된 바와 같이 고장 시점 이후 회전자의 속도와 지령 속도간의 속도 오차는 점진적으로 커질 수 있다. 측정 유닛은 속도 오차가 10rpm을 넘어선 시점부터 5회의 측정 주기 동안 회전자의 속도를 측정할 수 있고, 이에 따라 마이컴은 W상의 고장을 검출할 수 있다. 이 때, 고장 검출 신호의 전압값은 0에서 1[V]로 변경될 수 있다.
한편, 마이컴은 W상의 고장을 검출함과 동시에 측정 유닛에서 측정된 회전자의 위상각을 확인할 수 있다. 도 11에 도시된 바와 같이 검출 시점에 회전자의 위상각은 약 160도로 제1 위상각 범위 이내이므로, 마이컴은 W상에 대한 상단 스위칭 소자의 고장을 검출할 수 있다. 이 때, 스위칭 소자 고장 위치 검출 신호의 전압값은 0에서 5[V]로 변경될 수 있다.
다시 도 6을 참조하면, 단계(S730)의 비교 결과, 회전자의 위상각이 제1 위상각 범위 밖이면 마이컴은 W상의 하단 스위칭 소자의 고장을 검출할 수 있다(S750).
도 12를 참조하면, 0.7[s]에 W상의 하단 스위치가 고장날 수 있다. 도 11에서 설명한 바와 마찬가지로, W상의 교류 전류는 U상 및 V상의 교류 전류를 통해 산출되므로, 고장 시점 이후에도 W상 교류 전류는 정상 파형을 가질 수 있다.
측정 유닛은 속도 오차가 10rpm을 넘어선 시점부터 5회의 측정 주기 동안 회전자의 속도를 측정할 수 있고, 이에 따라 마이컴은 W상의 고장을 검출할 수 있다. 이 때, 고장 검출 신호의 전압값은 0에서 1[V]로 변경될 수 있다.
한편, 마이컴은 W상의 고장을 검출함과 동시에 측정 유닛에서 측정된 회전자의 위상각을 확인할 수 있다. 도 12에 도시된 바와 같이 검출 시점에 회전자의 위상각은 약 360도로 제1 위상각 범위 밖이므로, 마이컴은 W상에 대한 하단 스위칭 소자의 고장을 검출할 수 있다. 이 때, 스위칭 소자 고장 위치 검출 신호의 전압값은 0에서 6[V]로 변경될 수 있다.
한편, 전술한 바와 같이 마이컴은 임의의 스위칭 소자의 고장이 검출되면 인버터에 인가되는 구동 신호를 차단하므로, 도 7 내지 도 12에 도시된 교류 전류의 크기는 검출 시점 이후 0일 수 있다.
전술한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.
110: 모터 120: 인버터
130: 전류센서 140: 홀센서
150: 마이컴

Claims (12)

  1. 코일이 권선된 고정자 및 상기 고정자 내에 배치되며 상기 코일에서 발생된 자기장에 의해 회전하는 회전자를 포함하는 모터;
    각 상에 대한 상단 및 하단 스위칭 소자를 포함하고, 상기 스위칭 소자의 동작에 따라 상기 코일에 3상 교류 전류를 출력하는 인버터;
    상기 3상 교류 전류 중 제1 및 제2 상의 교류 전류를 측정하는 전류센서;
    상기 회전자의 위상각과 상기 회전자의 속도를 측정하는 홀센서; 및
    상기 제1 및 제2 상 중에서 각 상에 대한 교류 전류가 제1 기준 횟수 이상 기준 범위 이내에서 측정되는 상을 고장 상으로 판단하고, 상기 제1 및 제2 상이 상기 고장 상이 아닌 경우 상기 회전자의 속도와 지령 속도간의 속도 오차가 제2 기준 횟수 이상 기준 값을 초과하면 상기 3상 교류 전류의 제3 상을 상기 고장 상으로 판단하는 마이컴을 포함하고,
    상기 마이컴은 상기 회전자의 위상각에 따라 상기 고장 상에 대한 상단 또는 하단 스위칭 소자의 고장을 검출하는 인버터 스위칭 소자의 고장 검출 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 마이컴은
    상기 제1 및 제2 상 중에서
    각 상에 대한 교류 전류가 상기 기준 범위 이내에서 상기 제1 기준 횟수 이상 연속으로 측정되는 상을 상기 고장 상으로 판단하는 인버터 스위칭 소자의 고장 검출 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 마이컴은
    상기 기준 값을 초과하는 상기 속도 오차가 상기 제2 기준 횟수 이상 연속으로 산출되면 상기 제3 상을 고장 상으로 판단하는 인버터 스위칭 소자의 고장 검출 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 마이컴은
    상기 회전자의 위상각을 상기 고장 상에 대한 위상각 범위와 비교하여 상기 고장 상에 대한 상단 또는 하단 스위칭 소자의 고장을 검출하는 인버터 스위칭 소자의 고장 검출 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 위상각 범위는 상기 고장 상의 상단 스위칭 소자에 대응하는 제1 위상각 범위 및 상기 고장 상의 하단 스위칭 소자에 대응하는 제2 위상각 범위를 포함하고,
    상기 제1 위상각 범위는 상기 제2 위상각 범위와 180도의 위상차를 갖는 인버터 스위칭 소자의 고장 검출 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 마이컴은
    상기 회전자의 위상각이 상기 제1 위상각 범위 이내이면 상기 고장 상에 대한 상단 스위칭 소자의 고장을 검출하고, 상기 회전자의 위상각이 상기 제2 위상각 범위 이내이면 상기 고장 상에 대한 하단 스위칭 소자의 고장을 검출하는 인버터 스위칭 소자의 고장 검출 장치.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 마이컴은
    상기 교류 전류가 기준 범위 이내에서 측정된 횟수가 상기 제1 기준 횟수일 때의 상기 회전자의 위상각을 상기 고장 상에 대한 상기 위상각 범위와 비교하여 상기 고장 상에 대한 상단 또는 하단 스위칭 소자의 고장을 검출하는 인버터 스위칭 소자의 고장 검출 장치.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 마이컴은
    상기 속도 오차가 상기 기준 값을 초과한 횟수가 상기 제2 기준 횟수일 때의 상기 회전자의 위상각을 상기 제3 상에 대한 상기 위상각 범위와 비교하여 상기 제3 상에 대한 상단 또는 하단 스위칭 소자의 고장을 검출하는 인버터 스위칭 소자의 고장 검출 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 마이컴은
    상기 각 상에 대한 상단 스위칭 소자 또는 하단 스위칭 소자의 고장이 검출되면, 상기 인버터에 인가되는 구동 신호를 차단하는 인버터 스위칭 소자의 고장 검출 장치.
  10. 인버터에서 출력되는 3상 교류 전류 중 제1 및 제2 상의 교류 전류와 회전자의 위상각 및 속도를 측정하는 단계;
    상기 제1 상 및 상기 제2 상 중에서, 각 상에 대한 교류 전류가 제1 기준 횟수 이상 기준 범위 이내에서 측정되는 상을 고장 상으로 판단하는 단계;
    상기 제1 및 제2 상이 상기 고장 상이 아닌 경우 상기 회전자의 속도와 지령 속도간의 속도 오차가 제2 기준 횟수 이상 기준 값을 초과하면 상기 3상 교류 전류의 제3 상을 고장 상으로 판단하는 단계; 및
    상기 회전자의 위상각을 상기 고장 상에 대한 위상각 범위와 비교하여 상기 고장 상에 대한 상단 또는 하단 스위칭 소자의 고장을 검출하는 단계를 포함하는 인버터 스위칭 소자의 고장 검출 방법
  11. 제10항에 있어서,
    상기 고장 상에 대한 상단 또는 하단 스위칭 소자의 고장을 검출하는 단계는
    상기 회전자의 위상각이 상기 고장 상의 상단 스위칭 소자에 대응하는 제1 위상각 범위 이내이면 상기 고장 상에 대한 상단 스위칭 소자의 고장을 검출하고, 상기 회전자의 위상각이 상기 고장 상의 하단 스위칭 소자에 대응하는 제2 위상각 범위 이내이면 상기 고장 상에 대한 하단 스위칭 소자의 고장을 검출하는 단계를 포함하는 인버터 스위칭 소자의 고장 검출 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 고장 상에 대한 상단 또는 하단 스위칭 소자의 고장이 검출되면, 상기 인버터에 인가되는 구동 신호를 차단하는 단계를 더 포함하는 인버터 스위칭 소자의 고장 검출 방법.
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