KR20200007324A - 홀 센서와 모터의 리플 전류를 이용하는 모터 제어 장치 및 방법 - Google Patents

홀 센서와 모터의 리플 전류를 이용하는 모터 제어 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

한 개의 홀 센서와 모터의 리플 전류를 이용하여 모터의 회전 동작을 판단하는 모터 제어 장치 및 방법이 개시된다. 일 측면에 따른, 한 개의 홀 센서 및 모터의 리플 전류를 이용하여 모터의 동작 방향을 판단하는 모터 제어 장치는, 제어 신호에 의해 동작하는 모터; 모터의 동작을 센싱하여 센싱 값을 출력하는 한 개의 홀 센서; 모터의 리플 전류를 확인하는 확인부; 및 제어 신호를 출력하고, 홀 센서의 센싱 값 및 확인부의 리플 전류의 확인 값을 각각 입력받고, 입력된 홀 센서의 센싱 값 및 리플 전류의 확인 값을 이용하여 모터의 동작 방향을 판단하는 메인 제어부를 포함한다.

Description

홀 센서와 모터의 리플 전류를 이용하는 모터 제어 장치 및 방법{Motor controlling apparatus and method for using hall sensor and ripple current of motor}
본 발명은 모터 제어 기술로서, 하나의 홀 센서와 모터의 리플 전류를 이용하여 모터의 시계 방향 및 반시계 방향의 동작을 제어하는 모터 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
도 1a를 참조하면, 모터(110)의 정확한 위치 제어를 하기 위해서는 제어 장치(100)가 모터(110)의 회전 방향 및 회전량을 확인해야 한다. 이를 위해 모터(110)의 회전을 감지하는 A 홀 센서(131) 및 B 홀 센서(133)를 두고 제어 장치(100)가 각 홀 센서(131, 133)로부터 센싱 값을 수신할 수 있다.
모터(110)의 위치 제어가 적용되는 일 예로써, 자동차의 파워 시트가 있다. 사용자는 파워 시트의 버튼을 눌러서 시트의 높낮이, 전후 방향 및 등받이 경사도의 위치를 조절한다. 이때, 사용자의 버튼 입력에 의해, 제어 장치(100)는 모터(110)의 회전을 제어하고, 각 홀 센서(131, 133)가 감지한 모터(110)의 회전 방향 및 회전량으로 정확한 파워 시트의 위치를 제어한다.
도 1b를 참조하면, 도 1a에서 시계 방향으로 위치된 A 홀 센서(131) 및 B 홀 센서(133)로부터 센싱 값이 수신된다고 가정한다. 제어 장치(100)가 A 홀 센서(131)의 값을 먼저 수신한 후 B 홀 센서(133)의 값을 수신하면, 시계 방향의 모터(110)의 회전을 판단한다. 반대로, B 홀 센서(133)의 값을 먼저 수신한 후 A 홀 센서(131)의 값을 수신하면, 제어 장치(100)는 반시계 방향의 모터(110)의 회전을 판단한다. 즉, 복수개의 홀 센서(131, 133)는 모터(110)의 회전 방향 및 회전량을 정확히 감지하므로, 시간이 지나도 제어 장치(100)는 모터(110)의 회전 동작에 의한 위치를 정확도를 갖고 제어할 수 있다.
하지만, 원가 절감 차원에서 복수개의 홀 센서(131, 133)를 한 개로 이용하여 제어 장치(100)가 모터(110)의 회전 동작을 제어하면, 모터(110)의 회전을 감지하지만 회전 방향을 감지하지 못하는 문제점이 있다. 즉, 파워 시트에서 시트의 높이를 제어한 경우, 제어 장치(100)는 시트가 높여졌는지 낮춰졌는지 판단하지 못한다. 그러면, 시간이 지날수록 정확한 위치 제어가 실패하고, 목적된 위치로의 제어가 아닌 오차가 있는 위치로 제어하여 위치의 틀어짐이 발생한다.
한국공개특허 2014-0074538(2014.06.18)
본 발명은 상기와 같은 종래 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 한 개의 홀 센서로 모터의 회전을 감지하고, 상기 홀 센서의 센싱 값 및 모터의 리플 전류를 이용하여 모터의 회전 방향을 판단하는 것으로 정확한 모터의 회전 동작을 제어하는 모터 제어 장치 및 모터 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
일 측면에 따른, 한 개의 홀 센서 및 모터의 리플 전류를 이용하여 모터의 동작 방향을 판단하는 모터 제어 장치는, 제어 신호에 의해 동작하는 모터; 상기 모터의 동작을 센싱하여 센싱 값을 출력하는 한 개의 홀 센서; 상기 모터의 리플 전류를 확인하는 확인부; 및 상기 제어 신호를 출력하고, 상기 홀 센서의 센싱 값 및 상기 확인부의 리플 전류의 확인 값을 각각 입력받고, 상기 입력된 홀 센서의 센싱 값 및 리플 전류의 확인 값을 이용하여 상기 모터의 동작 방향을 판단하는 메인 제어부를 포함한다.
상기 모터 제어 장치는, 상기 메인 제어부로부터 제어 신호를 입력받고, 상기 입력된 제어 신호에 대응되는 전기 신호를 상기 모터로 출력하여 상기 모터의 동작을 제어하는 모터 제어부를 더 포함한다.
상기 메인 제어부는, 상기 확인부에서 증폭된 리플 전류의 전압을 수신하고, 상기 수신된 전압을 샘플링하고, 상기 샘플링된 전압이 소정의 기준 전압 이상이면 하이 신호의 값으로 결정하고, 상기 기준 전압 미만이면 로우 신호의 값으로 결정한다.
상기 메인 제어부는, 상기 확인부에서 증폭된 리플 전류의 전압을 수신하고, 상기 수신된 전압을 샘플링하고, 상기 샘플링된 전압의 상승 구간을 하이 신호의 값으로 결정하고, 상기 샘플링된 전압의 하강 구간을 로우 신호의 값으로 결정한다.
상기 확인부는, 상기 리플 전류를 증폭시키는 증폭부; 및 상기 증폭된 리플 전류의 전압을 하이 신호 및 로우 신호로 변형하는 변형부를 더 포함한다.
상기 변형부는, 상기 증폭된 리플 전류의 전압을 소정의 기준 전압과 비교하여, 소정의 기준 전압 이상이면 하이 신호의 값으로 확인하고, 소정의 기준 전압 미만이면 로우 신호의 값으로 확인하는 비교기를 더 포함한다.
상기 메인 제어부는, 상기 확인부로부터 입력된 리플 전류의 확인 값이 로우 신호의 구간이고, 상기 홀 센서로부터 입력된 센싱 값이 로우 값으로 떨어지면 상기 모터의 시계 방향으로 판단하고, 상기 확인부로부터 입력된 리플 전류의 확인 값이 하이 신호의 구간이고, 상기 홀 센서로부터 입력된 센싱 값이 로우 값으로 떨어지면 상기 모터의 반시계 방향으로 판단한다.
상기 메인 제어부는, 상기 모터의 동작 방향을 정방향 또는 역방향으로 판단하고, 판단된 방향 및 상기 센싱 값에 따라 상기 제어 신호의 보정된 제어 신호를 상기 모터 제어부로 출력하여 모터의 정확한 동작을 제어한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 한 개의 홀 센서로 모터의 동작을 감지함으로써 장치의 비용을 줄일 수 있고, 모터의 리플 전류를 확인함으로써, 홀 센서의 센싱 값과 리플 전류의 확인 값으로 모터의 동작 방향을 판단하여 모터 동작의 방향 및 크기를 정확하게 제어할 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술한 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되지 않아야 한다.
도 1a 및 도 1b는 종래 복수개의 홀 센서를 이용하는 모터 제어 장치의 예시도이다
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 홀 센서와 모터의 리플 전류를 이용하는 모터 제어 장치의 개략적 구성도이다.
도 3은 도 2의 확인부의 개략적 회로 구성도이다.
도 4a 내지 도 4c는 도 2의 확인부가 리플 전류를 증폭 및 변형한 그래프의 예시도이다.
도 5는 도 1의 모터 제어 장치가 처리하는 신호의 예시도이다.
도 6a 및 도 6b는 도 5에서 리플 전류의 변형 신호 및 홀 센서의 센싱 신호의 예시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 제어 방법의 개략적 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구 범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상에 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 홀 센서(260)와 모터(250)의 리플 전류를 이용하는 모터 제어 장치(200)의 개략적 구성도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 모터 제어 장치(200)는 메인 제어부(210), 모터 제어부(230), 확인부(240), 모터(250) 및 홀 센서(260)를 포함하여 구성된다.
메인 제어부(210)는 매뉴얼 명령 또는 자동 명령에 의해 모터(250)의 동작이 요구될 때마다, 모터(250)의 동작을 위한 제어 신호를 생성하여 모터 제어부(230)로 출력한다.
여기서, 본 발명의 모터 제어 장치(200)는 확인부(240)에서 리플 전류에 대해 확인된 확인 값과 홀 센서(260)에서 센싱된 센싱 값을 입력받고, 입력된 리플 전류의 확인 값과 센싱 값을 이용하여 모터(250)의 회전 방향을 시계 방향 또는 반시계 방향으로 판단한다. 판단된 시계 또는 반시계 방향의 모터 동작은 장치의 위치 변화(예 : 높낮이, 전후 위치, 경사도 등)를 나타낸다. 모터(250)의 회전 방향이 확인되면, 모터 제어 장치(200)는 그 센싱 값을 이용하여 정확한 위치 제어가 가능하고, 목표된 위치로의 정확한 위치 제어를 위해 제어 신호의 보정 신호를 내릴 수 있다.
상기 모터 제어부(230)는 메인 제어부(210)로부터 모터의 제어 신호를 입력받고, 입력된 제어 신호에 대응되는 전기 신호를 모터(250)에 인가하여 모터의 동작을 제어한다. 상기 제어 신호는 모터의 시계 또는 반시계 방향의 방향 정보 및 동작의 크기 정보(예 : 회전 횟수)를 포함할 수 있다.
상기 확인부(240)는 모터(250)에 전기 신호를 인가하는 모터 제어부(230)에서 흐르는 리플 전류를 확인하여 확인 값으로 생성한다. 상기 확인부(240)는 확인 전류의 전압을 증폭하는 증폭부(241) 및 증폭된 리플 전류의 전압을 확인 값으로 변형하는 변형부(243)를 포함하여 구성된다. 모터(250)의 동작에 의해 발생되는 리플 전류는 모터(250)의 회전 방향을 판단하는데 참조될 수 있다.
상기 모터(250)는 시계 방향 또는 반시계 방향의 회전 동작 및 회전 수의 동작 크기에 따라 구동력을 발생시킨다. 차량 시트의 경우, 모터(250) 동작에 의해 발생된 구동력으로 높낮이 조절, 위치 조절 및 경사도 조절이 된다.
상기 홀 센서(260)는 모터(250)의 동작시 형성된 전류와 자기장에 의해 발행된 모터의 동작을 감지한다. 하나의 홀 센서(260)는 모터(250)의 동작 크기를 감지하지만 동작의 방향은 감지하지 못한다. 이때, 홀 센서(260)의 센싱 값 및 확인부(240)의 확인 값을 이용하여 메인 제어부(210)는 모터(250)의 동작 방향을 시계 방향 또는 반시계 방향으로 감지할 수 있다.
도 3은 도 2의 확인부(240)의 개략적 회로 구성도이다.
모터 제어부(230)는 메인 제어부(210)로부터 입력된 제어 신호에 대응되는 전기 신호를 모터(250)로 인가한다. 전기 신호가 인가된 모터(250)는 회전 동작하고, 홀 센서(260)는 모터의 회전 수를 센싱한다.
이때, 모터 제어부(230)에서 출력된 리플 전류는 앰프에 해당되는 증폭부(241)로 입력되어 리플 전류의 전압이 증폭된다. 변형부(243)는 증폭된 리플 전류의 전압을 하이 또는 로우의 신호 값으로 변형하여 확인 값으로 생성한다.
도 4a 내지 도 4c는 도 2의 확인부(240)가 리플 전류를 증폭 처리한 증폭 그래프(441) 및 증폭 처리된 리플 전류를 변형 처리한 변형 그래프(443)의 예시도이다. 확인부(240)는 도 4a 내지 도 4c에 예시된 어느 하나의 변형 처리를 수행하여 확인 값을 메인 제어부(210)로 출력할 수 있다.
여기서, 확인부(240)의 변형부(243)는 소프트웨어 또는 하드웨어로 구현될 수 있다. 상기 소프트웨어로 구현된 경우, 변형부(243)는 메인 제어부(210)에 통합되어 메인 제어부(210)가 리플 전류의 확인 값을 결정할 수 있다. 상기 하드웨어로 구현된 경우 변형부(243)는 비교기 장치가 될 수 있다.
도 4a를 참조하면, 소프트웨어 기반의 변형 처리로서, 증폭부(241)에서 증폭된 리플 전류의 전압은 변형부(243)에서 샘플링되고, 각 샘플링 전압은 기 저장된 기준 전압과 비교되어 기준 전압 이상일 경우 하이 신호로 변형되고, 기준 전압 미만일 경우 로우 신호로 변형된다. 변형부(243)는 변형된 신호를 확인 값으로 하여 메인 제어부(210)로 출력한다.
만약, 변형부(243)가 메인 제어부(210)에 통합된 경우, 메인 제어부(241)는 증폭부(241)로부터 증폭된 리플 전류의 전압 신호를 입력받고, 상기 기준 전압과 비교하여 기준 전압 이상일 경우 하이 신호로 결정하고, 기준 전압 미만일 경우 로우 신호로 결정한다.
도 4b를 참조하면, 하드웨어 기반의 변형 처리로서, 증폭부(241)에서 증폭된 리플 전류의 전압은 변형부(243)에서 샘플링되고, 각 샘플링 전압은 상승 구간에서 하이 신호로 변형되고, 하강 구간에서는 로우 신호로 변형된다. 변형부(243)는 변형된 신호를 확인 값으로 하여 메인 제어부(210)로 출력한다.
만약, 소프트웨어 기반의 변형 처리로서, 변형부(243)가 메인 제어부(210)에 통합된 경우, 메인 제어부(241)는 증폭부(241)로부터 증폭된 리플 전류의 전압 신호를 입력받고, 상기 상승 구간에서 하이 신호로 결정하고, 상기 하강 구간에서 로우 신호로 결정한다.
도 4c를 참조하면, 하드웨어 기반의 변형 처리로서, 변형부(243)는 비교기 장치로 구현되어 증폭된 리플 전류의 전압을 입력받고, 입력된 전압이 기 설정된 기준 전압 이상이면 하이 신호로 변형하고, 기준 전압 미만이면 로우 신호로 변형하고, 변형된 신호를 확인 값으로 하여 메인 제어부(210)로 출력한다.
도 5는 도 1의 모터 제어 장치(200)가 처리하는 신호의 예시도이다.
도 5를 참조하면, 모터 제어 장치(200)의 확인부(240)에서 증폭부(241)로 입력되는 리플 전류의 신호 그래프(501), 증폭부(241)로부터 출력된 리플 전류의 증폭 신호 그래프(502), 변형부(243)로부터 출력된 리플 전류의 변형 신호 그래프(503)가 도시된다. 또한, 홀 센서(260)로부터 출력되는 센싱 값의 신호 그래프(504)가 도시된다. 메인 제어부(210)는 변형 처리된 리플 전류의 확인 값 및 홀 센서(260)의 센싱 값을 비교하여 모터(250)의 시계 방향의 회전 및 반시계 방향의 회전을 판단할 수 있다.
도 6a 및 도 6b는 도 5에서 리플 전류의 변형 신호 및 홀 센서(260)의 센싱 신호의 예시도이다.
도 6a에 도시된 바와 같이, 메인 제어부(210)가 리플 전류의 변형 신호 그래프(503)에서와 같은 로우 신호 구간을 판단한 상태에서, 홀 센서(260)의 센싱 값의 신호 그래프(504)에서와 같은 로우 값으로 떨어짐을 확인하면, 모터(250)의 회전 방향을 시계 방향으로 판단한다.
도 6b에 도시된 바와 같이, 메인 제어부(210)가 리플 전류의 확인 값을 하이 신호의 구간으로 판단한 상태에서, 홀 센서(260)의 센싱 값이 로우 값으로 떨어짐을 확인하면, 모터(250)의 회전 방향을 반시계 방향으로 판단한다.
그러면, 본 발명의 모터 제어 장치(200)는 리플 전류의 확인 값 및 홀 센서(260)의 센싱 값의 하이 신호 및 로우 신호를 비교하는 것으로, 정확한 모터(250)의 회전 방향을 판단할 수 있다. 물론, 모터 제어 장치(200)는 한 개의 홀 센서(260)를 이용하므로, 복수개의 홀 센서를 이용하는 방식에 비해 장치 비용이 줄어든다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 제어 방법의 개략적 순서도이다.
모터 제어 장치(200)는 제어 신호를 출력하여 모터(250)의 동작을 제어한다(S710). 모터의 동작에 의해, 한 개의 홀 센서(260)는 모터의 회전 방향은 모른채 모터 동작의 횟수를 센싱한다(S720).
여기서, 모터(250)의 동작에 의해 모터 제어 장치(200)에서는 리플 전류가 발생하고(S730), 모터 제어 장치(200)는 리플 전류의 전압을 증폭시킨다(S731). 또한, 모터 제어 장치(200)는 증폭된 리플 전류의 전압을 샘플링 처리하여 도 4a 내지 도 4c에서 기 설명한 바와 같이 하이 신호 및 로우 신호의 확인 값으로 변형한다(S733).
여기서, 모터 제어 장치(200)는 변형된 리플 전류의 확인 값이 로우 신호 구간에 해당하고, 그 로우 신호 구간에서 홀 센서(260)의 센싱 값이 로우 값으로 떨어지는 것을 확인하면(S740), 모터(250)의 시계 방향 회전을 판단한다(S741).
한편, 모터 제어 장치(200)는 변형된 리플 전류의 확인 값이 하이 신호 구간에 해당하고, 그 하이 신호 구간에서 홀 센서(260)의 센싱 값이 로우 값으로 떨어지는 것을 확인하면(S750), 모터(250)의 반시계 방향 회전을 판단한다(S751).
모터 제어 장치(200)가 모터(250)의 회전 방향을 판단하면, 홀 센서(260)의 센서 값으로 정확한 모터(250)의 동작 제어가 가능하고, 모터(250)의 동작에 의한 정확한 위치 제어를 위해 보정의 제어 신호를 모터(250) 측으로 출력하는 것이 가능하다.
본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
200 : 모터 제어 장치 210 : 메인 제어부
230 : 모터 제어부 240 : 확인부
241 : 증폭부 243 : 변형부
260 : 홀 센서

Claims (8)

  1. 한 개의 홀 센서 및 모터의 리플 전류를 이용하여 모터의 동작 방향을 판단하는 모터 제어 장치에 있어서,
    제어 신호에 의해 동작하는 모터;
    상기 모터의 동작을 센싱하여 센싱 값을 출력하는 한 개의 홀 센서;
    상기 모터의 리플 전류를 확인하는 확인부; 및
    상기 제어 신호를 출력하고, 상기 홀 센서의 센싱 값 및 상기 확인부의 리플 전류의 확인 값을 각각 입력받고, 상기 입력된 홀 센서의 센싱 값 및 리플 전류의 확인 값을 이용하여 상기 모터의 동작 방향을 판단하는 메인 제어부
    를 포함하는 모터 제어 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 메인 제어부로부터 제어 신호를 입력받고, 상기 입력된 제어 신호에 대응되는 전기 신호를 상기 모터로 출력하여 상기 모터의 동작을 제어하는 모터 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 제어 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 확인부는,
    상기 리플 전류를 증폭시키는 증폭부; 및
    상기 증폭된 리플 전류의 전압을 하이 신호 및 로우 신호로 변형하는 변형부
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 제어 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 메인 제어부는,
    상기 증폭부에서 증폭된 리플 전류의 전압을 수신하고, 상기 수신된 전압을 샘플링하고, 상기 샘플링된 전압이 소정의 기준 전압 이상이면 하이 신호의 값으로 결정하고, 상기 기준 전압 미만이면 로우 신호의 값으로 결정하는 것을 특징으로 하는 모터 제어 장치.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 메인 제어부는,
    상기 증폭부에서 증폭된 리플 전류의 전압을 수신하고, 상기 수신된 전압을 샘플링하고, 상기 샘플링된 전압의 상승 구간을 하이 신호의 값으로 결정하고, 상기 샘플링된 전압의 하강 구간을 로우 신호의 값으로 결정하는 것을 특징으로 하는 모터 제어 장치.
  6. 제 3항에 있어서,
    상기 변형부는,
    상기 증폭된 리플 전류의 전압을 소정의 기준 전압과 비교하여, 소정의 기준 전압 이상이면 하이 신호의 값으로 확인하고, 소정의 기준 전압 미만이면 로우 신호의 값으로 확인하여 상기 확인 값을 상기 메인 제어부로 출력하는 비교기인 것을 특징으로 하는 모터 제어 장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 메인 제어부는,
    상기 확인부로부터 입력된 리플 전류의 확인 값이 로우 신호의 구간이고, 상기 홀 센서로부터 입력된 센싱 값이 로우 값으로 떨어지면 상기 모터의 시계 방향으로 판단하고,
    상기 확인부로부터 입력된 리플 전류의 확인 값이 하이 신호의 구간이고, 상기 홀 센서로부터 입력된 센싱 값이 로우 값으로 떨어지면 상기 모터의 반시계 방향으로 판단하는 것을 특징으로 하는 모터 제어 장치.
  8. 제 2항에 있어서,
    상기 메인 제어부는,
    상기 모터의 동작 방향을 정방향 또는 역방향으로 판단하고, 판단된 방향 및 상기 센싱 값에 따라 상기 제어 신호의 보정된 제어 신호를 상기 모터 제어부로 출력하여 모터의 정확한 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 모터 제어 장치.
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