KR20200059848A - Bldc 모터 과부하 감지 장치 및 방법 - Google Patents

Bldc 모터 과부하 감지 장치 및 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20200059848A
KR20200059848A KR1020180145096A KR20180145096A KR20200059848A KR 20200059848 A KR20200059848 A KR 20200059848A KR 1020180145096 A KR1020180145096 A KR 1020180145096A KR 20180145096 A KR20180145096 A KR 20180145096A KR 20200059848 A KR20200059848 A KR 20200059848A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
value
bldc motor
error
sector
occurrences
Prior art date
Application number
KR1020180145096A
Other languages
English (en)
Inventor
박충섭
Original Assignee
현대자동차주식회사
기아자동차주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 현대자동차주식회사, 기아자동차주식회사 filed Critical 현대자동차주식회사
Priority to KR1020180145096A priority Critical patent/KR20200059848A/ko
Priority to US16/508,689 priority patent/US11031892B2/en
Priority to DE102019119340.0A priority patent/DE102019119340A1/de
Priority to CN201910650125.1A priority patent/CN111211730A/zh
Publication of KR20200059848A publication Critical patent/KR20200059848A/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/22—Current control, e.g. using a current control loop
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P29/00—Arrangements for regulating or controlling electric motors, appropriate for both AC and DC motors
    • H02P29/02—Providing protection against overload without automatic interruption of supply
    • H02P29/024—Detecting a fault condition, e.g. short circuit, locked rotor, open circuit or loss of load
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/34—Testing dynamo-electric machines
    • G01R31/343—Testing dynamo-electric machines in operation
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/25—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof using digital measurement techniques
    • G01R19/255—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof using digital measurement techniques using analogue/digital converters of the type with counting of pulses during a period of time proportional to voltage or current, delivered by a pulse generator with fixed frequency
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/08—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for dynamo-electric motors
    • H02H7/085—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for dynamo-electric motors against excessive load
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/14—Estimation or adaptation of machine parameters, e.g. flux, current or voltage
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/14—Estimation or adaptation of machine parameters, e.g. flux, current or voltage
    • H02P21/141—Flux estimation
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/14—Estimation or adaptation of machine parameters, e.g. flux, current or voltage
    • H02P21/18—Estimation of position or speed
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P27/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
    • H02P27/04—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
    • H02P27/06—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters
    • H02P27/08—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters with pulse width modulation
    • H02P27/12—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters with pulse width modulation pulsing by guiding the flux vector, current vector or voltage vector on a circle or a closed curve, e.g. for direct torque control
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)
  • Control Of Electric Motors In General (AREA)

Abstract

본 발명의 실시예는 BLDC 모터 과부하 감지 장치를 제공한다. BLDC 모터 과부하를 감지하기 위한 장치는 상기 BLDC 모터에 인가되는 3상 전류값을 측정하여 상기 3상 전류값에 매칭되는 섹터값을 도출하는 측정부, 상기 측정부에 의해 도출된 상기 섹터값과 이전에 측정된 이전 섹터값과 비교하여 상기 섹터값이 정상인지를 판단하는 판단부 및 상기 판단부에 의해 상기 BLDC 모터가 고장인지 여부에 따라 상기 BLDC 모터의 구동을 제어하는 구동 제어부를 포함한다.

Description

BLDC 모터 과부하 감지 장치 및 방법{Apparatus and method for detecting BLDC motor overload}
본 발명은 BLDC 모터의 3상 전류값을 통해 도출된 섹터값을 이용하여 BLDC 모터의 구속 여부를 판단하는 BLDC 모터 과부하 감지 장치 및 방법에 관한 것이다.
BLDC 모터는 일반적인 DC 모터에서 정류자(commutator) 역할을 하는 브러시(brush)를 제거하고 DC 모터의 성질은 그대로 유지되도록 고안된 것이다. 그 구성으로는 3상 코일(U상 코일, V상 코일, W상 코일)로 이루어진 고정자 및 영구 자석으로 이루어진 회전자를 포함한다.
BLDC 모터는 3상 BLDC 모터의 고정자 측 코일의 각 상으로 전류를 흘려주고, 이 전류에 의해 코일에 자계가 발생하도록 하여 회전자를 회전시킨다. 이때, BLDC 모터는 회전자의 자계의 세기를 검출하고, 검출된 자계의 세기에 따라 코일의 각상에 흐르는 전류의 방향을 전환시키기 위한 스위칭 소자들을 순차적으로 온, 오프시킴으로써 회전자가 한쪽 방향으로 계속해서 회전하도록 한다. 일반적으로, 회전자의 위치를 측정하기 위해 회전자 위치 검출 센서 소자(홀센서, 엔코더 등)를 이용한 방법, 역기전력(BEMF) 방식 이용하는 센서리스 방식 또는 벡터 제어를 이용하는 센서리스 방식이 사용된다.
다만, 위치 검출 센서 소자가 사용되는 경우, BLDC 모터의 과부하를 감지하기 위한 장치의 원가가 상승되는 문제점이 있다. 또한, 벡터 제어를 이용하는 센서리스 방식은 BLDC 모터가 구속되는 경우에도 BLDC 모터에 전류는 계속 흐르고 있기 때문에 정확한 구속 감지가 힘든 문제점이 있다.
본 발명의 기술적 과제는 별도의 회전자 위치 검출 센서 없이 섹터값을 이용하여 BLDC 모터의 구속 여부를 판단하는 BLDC 모터 과부하 감지 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예는 BLDC 모터 과부하 감지 장치를 제공한다. BLDC 모터 과부하를 감지하기 위한 장치는 상기 BLDC 모터에 인가되는 3상 전류값을 측정하여 상기 3상 전류값에 매칭되는 섹터값을 도출하는 측정부, 상기 측정부에 의해 도출된 상기 섹터값과 이전에 측정된 이전 섹터값과 비교하여 상기 섹터값이 정상인지를 판단하는 판단부 및 상기 판단부에 의해 상기 BLDC 모터가 고장인지 여부에 따라 상기 BLDC 모터의 구동을 제어하는 구동 제어부를 포함한다.
일 예에 의하여, 상기 섹터값은 상기 BLDC 모터의 정상 조건에서 상기 3상 전류값의 일 주기 내에서 계단형으로 증가된다.
일 예에 의하여, 상기 판단부는 상기 섹터값과 상기 이전 섹터값이 기설정된 수치만큼 차이가 나는 경우 상기 BLDC 모터가 정상인 것으로 판단하고, 상기 섹터값과 상기 이전 섹터값이 기설정된 수치만큼 차이가 나지 않는 경우 상기 BLDC 모터가 비정상인 것으로 판단한다.
일 예에 의하여, 상기 판단부는 상기 BLDC 모터가 비정상인 것으로 판단되는 경우 상기 BLDC 모터에 에러가 발생된 것으로 판단하고, 상기 판단부는 초기화 값에 에러의 발생 수를 더한 값이 기설정된 한계값을 초과하는 경우 상기 BLDC 모터가 구속되었다는 것으로 판단한다.
일 예에 의하여, 상기 판단부는 상기 에러의 발생 수에 가중치를 인가하여 상기 초기화 값에 에러의 발생 수를 더한 값인 현재 에러값이 상기 기설정된 한계값을 초과하는지 판단한다.
일 예에 의하여, 상기 판단부는 상기 BLDC 모터가 정상인 것으로 판단되는 경우 상기 BLDC 모터에 에러가 발생되지 않은 것으로 판단하고, 초기화 값에 에러의 발생 수를 더한 값이 기설정된 한계값 이하인 경우, 상기 판단부는 상기 섹터값이 정상인지를 반복적으로 판단한다.
본 발명의 실시예는 BLDC 모터 과부하 감지 방법을 제공한다. BLDC 모터 과부하를 감지하기 위한 방법에 있어서, 상기 BLDC 모터에 인가되는 3상 전류값을 측정하여 상기 3상 전류값에 매칭되는 섹터값을 도출하는 단계, 도출된 상기 섹터값과 이전에 측정된 이전 섹터값과 비교하여 상기 섹터값이 정상인지 비정상인지를 판단하는 단계, 상기 섹터값이 비정상인 경우 에러가 발생된 것으로 판단하고, 에러의 발생 수를 카운팅하는 단계 및 상기 에러의 발생 수를 기초로 상기 BLDC 모터가 구속되었는지를 판단하는 단계를 포함한다.
일 예에 의하여, 상기 에러의 발생 수를 기초로 상기 BLDC 모터가 구속되었는지를 판단하는 단계는, 상기 에러의 발생 수가 기설정된 한계값 이상인 경우 상기 BLDC 모터가 구속되었다는 것을 판단한다.
일 예에 의하여, 상기 섹터값이 정상인지 비정상인지를 판단하는 단계는, 상기 섹터값과 상기 이전 섹터값이 기설정된 수치만큼 차이가 나는 경우 상기 BLDC 모터가 정상인 것으로 판단하고, 상기 섹터값과 상기 이전 섹터값이 기설정된 수치만큼 차이가 나지 않는 경우 상기 BLDC 모터가 비정상인 것으로 판단하는 것을 포함한다.
일 예에 의하여, 상기 섹터값이 비정상인 경우 에러가 발생된 것으로 판단하고, 에러의 발생 수를 카운팅하는 단계는, 상기 BLDC 모터가 정상인 경우 이전 에러값에서 기설정된 수치만큼의 에러의 발생 수를 차감하고, 상기 BLDC 모터가 비정상인 경우 상기 이전 에러값에서 상기 기설정된 수치만큼 에러의 발생 수를 더한다.
일 예에 의하여, 상기 에러의 발생 수를 기초로 상기 BLDC 모터가 구속되었는지를 판단하는 단계는, 상기 이전 에러값에서 상기 기설정된 수치만큼 에러의 발생 수를 더하거나 차감한 현재 에러값이 기설정된 한계값 이상인지를 판단하는 것이다.
일 예에 의하여, 상기 현재 에러값이 기설정된 한계값 이하인 경우 상기 현재 에러값과 상기 이전 에러값을 다시 비교한다.
일 예에 의하여, 상기 에러의 발생 수를 기초로 상기 BLDC 모터가 구속되었는지를 판단된 경우 상기 BLDC 모터의 속도를 0으로 제어하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 별도의 회전자 위치 검출 센서를 구비하지 않고도 BLDC 모터에 인가되는 3상 전류를 측정하여 상 전류값에 매칭되는 섹터값을 도출할 수 있고, 현재 섹터값과 이전 섹터값의 비교를 통해 BLDC 모터에 에러가 발생되었는지를 파악할 수 있다. BLDC 모터 과부하 감지 장치는 현재 섹터값을 반복적으로 이전 섹터값과 비교하여 에러의 발생 수를 카운팅하고, 에러의 발생 수가 기설정된 한계값을 초과하면 BLDC 모터에 구속이 발생되었다고 판단할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 센서리스 벡터 제어 시스템을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 BLDC 모터 과부하 감지 장치를 나타내는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 BLDC 모터에 인가되는 3상 전류값으로 섹터값을 도출하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 섹터값을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 BLDC 모터 과부하 감지 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 BLDC 모터의 구속을 감지한 파형을 나타내는 도면이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전문에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
명세서에 기재된 "...부", "...유닛", "...모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
또한, 본 명세서에서 구성의 명칭을 제1, 제2 등으로 구분한 것은 그 구성의 명칭이 동일한 관계로 이를 구분하기 위한 것으로, 하기의 설명에서 반드시 그 순서에 한정되는 것은 아니다.
상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내어 설명하는 것이며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 기술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 기술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구현하기 위한 최선의 상태를 설명하는 것이며, 본 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 센서리스 벡터 제어 시스템을 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 센서리스 벡터 제어 시스템(1)은 MCU(Microcontroller Unit, 100), 인버터부(150) 및 BLDC 모터(200)를 포함할 수 있다. 센서리스 벡터 제어 시스템(1)은 홀센서와 같은 회전자 위치 검출 센서를 구비하지 않고도 BLDC 모터(200)의 구속 여부를 감지하기 위한 것이다. 벡터 제어란 고정자(stator)에 인가되는 전류를 토크분 전류(iq)와 자속분 전류(id)로 나누어 제어하는 방식으로 전류 제어로 속도 및 토크를 제어하는 방식이다. 센서리스 벡터 제어 시스템(1)은 속도 제어 검출 센서가 없어 BLDC(200)모터의 실제 속도를 피드백 받을 수가 없으므로 BLDC 모터(200)의 상전류값(Phase Current)으로 속도를 추정하는 연산 작업을 통하여 실제 속도와 근사한 값을 추정하고, 근사한 값을 보상하여 속도 및 토크의 제어를 수행할 수 있다.
MCU(100)는 BLDC 모터(200)에 인가되는 전류를 제어하여 BLDC 모터(200)의 속도 및 토크를 직접적으로 제어하는 역할을 할 수 있다.
속도 제어기(10)는 토크분 전류(iq*)의 속도를 제어할 수 있다. 벡터 제어에서 자속분 전류(id*)는 일정하게 제어되므로 속도 제어기(100)는 토크분 전류(iq*)만을 제어할 수 있다.
고정자(stator)의 각도와 회전자(rotor)의 위치를 추정하기 위해 BLDC 모터(200)의 역기전력이 활용되고, 역기전력은 제1 벡터연산기(20)에서 연산될 수 있다. 제1 벡터연산기(20)는 인버터부(150)에서 BLDC 모터(200)로 인가되는 전류를 통해 자속각을 추정할 수 있다. 또한, 제1 벡터연산기(20)는 BLDC 모터(200)로 인가되는 전류를 측정하여 BLDC 모터(200)의 기계각을 추정할 수 있다. 기계각의 추정은 회전자의 위치 추정을 의미할 수 있다. 제1 벡터연산기(20)를 통해 추정된 자속각 및 전기각에 대한 정보는 토크분 전류 제어기(30a) 및 자속분 전류 제어기(30b)로 전달될 수 있다.
제3 벡터연산기(60)는 인버터부(150)로부터 출력되는 3상 전류로부터 2개의 전류를 선택하여 좌표 변환된 전류(Iα, Iβ)를 생성할 수 있다. αβ 좌표계는, 고정축인 α와 β축을 축으로 하는 이차원 고정 좌표계이다. α 및 β축은 서로 직교하며, β축은 α 축으로부터 90˚만큼 앞선다. α 축은 u 상 권선에 대응하는 축(U 축)과 일치하는 축이다. 또한, 제3 벡터연산기(60)는 BLDC 모터(200)로 인가되는 3상 교류 전류, 추정된 자속각 등의 정보를 이용하여 좌표 변환된 전류(Iα, Iβ)를 벡터 연산하여 전류 검출값(iq, id)을 생성할 수 있다. dq 좌표계는 회전축인 d와 q축을 기준으로 하는 이차원 회전 좌표계이다. BLDC 모터(200)의 영구 자석이 만드는 자속의 회전 속도와 같은 속도로 회전하는 회전 좌표계에서 영구 자석이 만드는 자속의 방향에 따른 축이 d축이며, d축에서 90˚위상이 앞선 축이 q축이다.
토크분 전류 제어기(30a)는 토크분 전류(iq*)에 제3 벡터연산기(20)에 의해 산출된 전류 검출값(iq)을 뺀 새로운 토크분 전류를 출력할 수 있다. 자속분 전류 제어기(30b)는 자속분 전류(id*)에 제1 벡터연산기(20)에 의해 산출된 전류 검출값(id)을 뺀 새로운 자속분 전류를 출력할 수 있다.
제2 벡터연산기(40)는 토크분 전류 제어기(30a) 및 자속분 전류 제어기(30b)로부터 전달된 새로운 토크분 전류, 새로운 자속분 전류와 제1 벡터연산기(20)에 의해 도출된 속도 추정값 등을 기초로 d축의 전압 및 q축의 전압을 도출할 수 있다. 제2 벡터연산기(40)는 d축의 전압, q축의 전압, 추정된 자속각을 기초로 3상 교류 전압을 출력할 수 있다.
PWM(50)은 제2 벡터연산기(40)에 의해 전달된 3상 교류 전압에 기초하여 공간 벡터 펄스 폭 변조(Space Vector Pulse Width Modulation, SVPWM)을 수행하여 인버터부(300)를 구성하는 스위칭 소자들(미도시)의 온/오프를 제어하기 위한 게이팅 신호를 출력할 수 있다.
인버터부(150)는 직류 전원(미도시)으로부터 공급되는 직류 전압을 3상 교류 전압으로 변환하여 BLDC 모터(200)로 공급할 수 있다. 예를 들어, 직류 전원(미도시)은 자동차의 12V 또는 24V 배터리일 수 있다. 인버터부(150)에 의해 모터(250)에 공급되는 3상 교류 전압은 u 상, v 상 및 w 상 전기자 권선에 인가 전압을 나타내는 u 상, v 상 및 w 상 전압으로 구성된다.
BLDC 모터(200)는 회전자 및 고정자로 구성될 수 있다. 회전자는 영구자석, 고정자는 코일(전자석)로 구성될 수 있다. BLDC 모터(200)는 인버터부(150)에서 전달되는 3상 전압에 따라 소정의 각속도로 회전자를 회전시킨다. 회전자의 각속도(ω는 회전자에 연결된 인코더(미도시)에 의해 측정되고, 회전자의 각속도(ω는 제1 벡터연산기(20)로 전달될 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 BLDC 모터 과부하 감지 장치를 나타내는 블록도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 BLDC 모터에 인가되는 3상 전류값으로 섹터값을 도출하는 것을 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 섹터값을 설명하기 위한 도면이다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, BLDC 모터 과부하 감지 장치(2)는 측정부(110), 판단부(130) 및 구동 제어부(150)를 포함하는 MCU(100) 및 MCU(100)에 의해 제어되는 BLDC 모터(200)를 포함할 수 있다. 이 때, 측정부(110), 판단부(130) 및 구동 제어부(150)는 MCU(100)의 기능별로 구성을 나눈 것으로 정의된다. BLDC 모터 과부하 감지 장치(2)는 차량의 전동식 터보차저, 전동식 슈퍼차저, 터빈 발전기용 초고속 모터 및 전기식 워터 펌프 등 다양한 모터에 적용될 수 있다.
측정부(110)는 BLDC 모터(200)의 인가되는 3상 전류값을 측정하여 상기 3상 전류값에 매칭되는 섹터값을 도출할 수 있다. 섹터값은 BLDC 모터(200)에 인가되는 3상 전류값에 매칭되는 파라미터일 수 있다. BLDC 모터(200)의 3상(U, V, W)은 벡터 공간(Vetor space)에서 표현될 수 있다. 즉, 각 상의 역벡터까지 표현하면 섹터(Sector) 1 내지 6까지 6개의 공간으로 표현되고, 3상 인버터(Inverter)의 게이트 on/off를 이용하면 모든 섹터의 벡터를 표현할 수 있다. 도 3은 전류값이 0이 되는 지점을 기준으로 전류의 흐름 방향에 따라 (p), (n), “““”로 3상 전류의 상태를 구분하고 있다. (p)는 ““에서 “”로 전류가 흐르는 것을 나타내고, (n)은 “+“에서 “”로 전류가 흐르는 것을 나타낸다. 이에 따라, 섹터는 6개로 구분될 수 있다. 도 4를 참조하면, 섹터 0(sector 0)에서는 섹터값이 0일 수 있고, 섹터 1(sector 1)에서는 섹터값이 1일 수 있고, 섹터 2(sector 2)에서는 섹터값이 2일 수 있고, 섹터 3(sector 3)에서는 섹터값이 3일 수 있고, 섹터 4(sector 4)에서는 섹터값이 4일 수 있고, 섹터 5(sector 5)에서는 섹터값이 5일 수 있다. 섹터값은 BLDC 모터(200)가 구속되지 않은 정상 조건에서는 3상 전류값의 일 주기 내에서 계단형으로 증가될 수 있다. 섹터에 따른 섹터값은 임의로 정해진 수일 수 있고 변경 가능한 수치일 수 있다. 즉, 섹터값은 이전 섹터값과 현재 섹터값이 차이가 나는 것을 확인하도록 하는 변수이다.
판단부(130)는 측정부(110)에 의해 도출된 섹터값과 이전에 측정된 이전 섹터값과 비교하여 섹터값이 정상인지를 판단할 수 있다. 즉, 판단부(130)는 현재 섹터값과 이전 섹터값을 비교할 수 있다. 예를 들어, BLDC 모터(200)가 구속되지 않은 경우, 현재 섹터값은 섹터 2이고, 이전 섹터값은 섹터 1일 수 있고 현재 섹터값과 이전 섹터값의 차이는 1일 수 있다. 다만, BLDC 모터(200)가 구속된 경우에는 현재 섹터값과 이전 섹터값의 차이는 1이 아닐 수 있다. 판단부(130)는 현재 섹터값과 이전 섹터값이 기설정된 수치만큼 차이가 나는 경우 BLDC 모터(200)가 정상인 것으로 판단하고, 현재 섹터값과 이전 섹터값이 기설정된 수치만큼 차이가 나지 않는 경우 BLDC 모터(200)가 비정상인 것으로 판단할 수 있다. 이 때, 기설정된 수치는 1일 수 있다. 즉, 판단부(130)는 현재 섹터값과 이전 섹터값을 비교하여 그 차이가 1인 경우에는 현재 섹터값이 정상이라고 판단하고, 현재 섹터값과 이전 섹터값을 비교하여 그 차이가 1이 아닌 경우에는 현재 섹터값이 비정상이라고 판단할 수 있다.
판단부(130)는 현재 섹터값이 정상인 경우 BLDC 모터(200)에 에러가 발생되지 않은 것으로 판단할 수 있고, 현재 섹터값이 비정상인 경우 BLDC 모터(200)에 에러가 발생된 것으로 판단할 수 있다. 다만, 판단부(130)는 BLDC 모터(200)에 에러가 한번 발생하였다고 하여 BLDC 모터(200)가 구속(Stall)되었다고 판단하지는 않을 수 있다. 여기서, BLDC 모터(200)가 구속되었다는 것은 BLDC 모터(200)에 부하가 인가되는 것을 의미하고, 예를 들어, BLDC 모터(200)에 고장이 발생하여 최대 토크가 출력되지 않는 경우를 의미할 수 있다.
일 예로, 판단부(130)는 현재 섹터값이 정상인지 반복적인 판단하고, 이를 통해 발생된 에러의 발생 수에 초기화값을 더한 값이 기설정된 한계값을 초과하는 경우 BLDC 모터(200)가 구속되었다고 판단할 수 있다. 초기화값은 에러가 한번도 발생되는 않은 경우의 값을 의미할 수 있다. 예를 들어, 초기화값은 0을 의미할 수 있다.
일 예로, BLDC 모터(200)에 발생되는 에러의 발생 수를 카운팅하여 에러의 발생 수에 초기화값을 더한 값이 기설정된 한계값 이하인 경우 판단부(110)는 현재 섹터값이 정상인지 반복적인 판단할 수 있다 판단부(130)는 현재 섹터값이 정상인지 반복적인 판단하여 BLDC 모터(200)의 구속여부를 판단할 수 있다.
구동 제어부(150)는 BLDC 모터(200)의 구동을 제어할 수 있다. 구동 제어부(150)는 판단부(130)에 의해 BLDC 모터(200)가 구속되었다고 판단되는 경우 BLDC 모터(200)의 속도값이 0이 되도록 제어할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 별도의 회전자 위치 검출 센서를 구비하지 않고도 BLDC 모터(200)에 인가되는 3상 전류를 측정하여 상 전류값에 매칭되는 섹터값을 도출할 수 있고, 현재 섹터값과 이전 섹터값의 비교를 통해 BLDC 모터(200)에 에러가 발생되었는지를 파악할 수 있다. BLDC 모터 과부하 감지 장치(2)는 현재 섹터값을 반복적으로 이전 섹터값과 비교하여 에러의 발생 수를 카운팅하고, 에러의 발생 수가 기설정된 한계값을 초과하면 BLDC 모터(200)에 구속이 발생되었다고 판단할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 BLDC 모터 과부하 감지 방법을 설명하기 위한 순서도이다. 설명의 간략을 위해 중복되는 내용의 기재는 생략한다.
도 5를 참조하면, BLDC 모터에 구속이 발생되지 않은 상태를 기준으로 에러의 발생 수를 초기화한다. 즉, 에러의 발생 수를 0으로 세팅할 수 있다(S100).
측정부는 BLDC 모터에 인가되는 3상 전류값에 매칭되는 섹터값을 도출할 수 있다. 예를 들어, 섹터는 6개로 구분되고, 섹터값은 0에서 5까지의 수로 정의될 수 있다. 측정부는 반복적으로 섹터값을 도출할 수 있다(S200).
판단부는 현재 섹터값이 정상인지를 판단할 수 있다. 현재 섹터값이 정상인지 여부는 현재 섹터값과 이전 섹터값을 비교하여 판단될 수 있다. 현재 섹터값과 이전 섹터값의 차이가 기설정된 수치만큼 차이가 나는 경우, 판단부는 현재 섹터값이 정상이라고 판단할 수 있다. 현재 섹터값과 이전 섹터값의 차이가 기설정된 수치만큼 차이가 나지 않는 경우, 판단부는 현재 섹터값이 비정상이라고 판단할 수 있다(S300).
판단부는 현재 섹터값이 정상인 경우, BLDC 모터에 에러가 발생되지 않은 것으로 판단할 수 있다. 이 때, 판단부는 에러의 초기화값에 기설정된 수치를 뺀 값을 현재 에러값으로 설정할 수 있다. 만약, 이전에 판단된 에러값이 존재하는 경우, 판단부는 이전 에러값에 기설정된 수치를 뺀 값을 현재 에러값으로 설정할 수 있다. 이 때, 기설정된 수치는 설계자에 의해 변경될 수 있는 사항이다(S410).
판단부는 현재 섹터값이 비정상인 경우, BLDC 모터에 에러가 발생된 것으로 판단할 수 있다. 현재 섹터값이 비정상이라는 것은 BLDC 모터에 에러가 발생된 것을 의미하지 BLDC 모터가 구속되었다는 것을 의미하지는 않는다. 이 때, 판단부는 에러의 초기화값에 기설정된 수치를 더한 값을 현재 에러값으로 설정할 수 있다. 만약, 이전에 판단된 에러값이 존재하는 경우, 판단부는 이전 에러값에 기설정된 수치를 더한 값을 현재 에러값으로 설정할 수 있다(S430).
판단부는 현재 에러값이 한계값을 초과하는지를 판단할 수 있다. 현재 에러값이 한계값 이하인 경우, 판단부는 현재 섹터값과 이전 섹터값을 다시 비교한다. 즉, 현재 에러값이 한계값 이하인 경우 판단부는 BLDC 모터에 에러가 발생하였지만 구속된 것으로 판단하지는 않을 수 있다. 이 때, BLDC 모터의 구동은 정지되지 않을 수 있다(S500).
현재 에러값이 한계값을 초과하는 경우, 판단부는 BLDC 모터가 구속된 것으로 판단할 수 있다(S600). 판단부에 의해 BLDC 모터가 구속되었다고 판단된 경우, 구동 제어부는 BLDC 모터의 속도를 0으로 제어할 수 있다(S700).
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 BLDC 모터의 구속을 감지한 파형을 나타내는 도면이다. (a)는 BLDC 모터에 인가되는 3상 전류를 의미하고, (b)는 BLDC 모터의 분당 회전 속도인 RPM을 의미하고, (c)는 섹터값의 변화를 나타내는 파형을 의미하고, (d)는 BLDC 모터에 발생된 에러의 수를 의미하고, (e)는 BLDC 모터에 구속이 발생되었는지를 의미한다.
도 2 및 도 6을 참조하면, BLDC 모터(200)에 구속이 발생되면 BLDC 모터(200)에 인가되는 상전류값에 변동이 발생된다. 상전류값의 폭이 증가됨에 따라, 섹터값의 파형이 일정한 진폭을 가지다가 불규칙한 진폭을 가지게 된다. BLDC 모터(200)에 구속이 발생되기 전에는 섹터값을 나타내는 파형은 일정한 주기와 일정한 진폭을 가진다. 섹터값을 나타내는 파형에서 현재 섹터값과 이전 섹터값의 차이가 일정하지 않은 경우, 판단부(130)는 BLDC 모터(200)에 구속이 발생되었다고 판단할 수 있다. 이에 따라, 구동 제어부(150)는 BLDC 모터(200)의 RPM의 0으로 제어할 수 있다. 선 (b), 선 (d) 및 선 (e)를 참조하면, BLDC 모터(200)의 구속이 발생되면 BLDC 모터(200)의 RPM이 감소되고, 에러의 발생 수가 한계값을 초과하는 때에 BLDC 모터(200)BLDC 모터(200)의 RPM이 0으로 제어된다.
이상, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (13)

  1. BLDC 모터 과부하를 감지하기 위한 장치에 있어서,
    상기 BLDC 모터에 인가되는 3상 전류값을 측정하여 상기 3상 전류값에 매칭되는 섹터값을 도출하는 측정부;
    상기 측정부에 의해 도출된 상기 섹터값과 이전에 측정된 이전 섹터값과 비교하여 상기 섹터값이 정상인지를 판단하는 판단부; 및
    상기 판단부에 의해 상기 BLDC 모터가 고장인지 여부에 따라 상기 BLDC 모터의 구동을 제어하는 구동 제어부를 포함하는,
    BLDC 모터 과부하 감지 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 섹터값은 상기 BLDC 모터의 정상 조건에서 상기 3상 전류값의 일 주기 내에서 계단형으로 증가되는,
    BLDC 모터 과부하 감지 장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 판단부는 상기 섹터값과 상기 이전 섹터값이 기설정된 수치만큼 차이가 나는 경우 상기 BLDC 모터가 정상인 것으로 판단하고, 상기 섹터값과 상기 이전 섹터값이 기설정된 수치만큼 차이가 나지 않는 경우 상기 BLDC 모터가 비정상인 것으로 판단하는,
    BLDC 모터 과부하 감지 장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 판단부는 상기 BLDC 모터가 비정상인 것으로 판단되는 경우 상기 BLDC 모터에 에러가 발생된 것으로 판단하고,
    상기 판단부는 초기화 값에 에러의 발생 수를 더한 값이 기설정된 한계값을 초과하는 경우 상기 BLDC 모터가 구속되었다는 것으로 판단하는,
    BLDC 모터 과부하 감지 장치.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 판단부는 상기 에러의 발생 수에 가중치를 인가하여 상기 초기화 값에 에러의 발생 수를 더한 값인 현재 에러값이 상기 기설정된 한계값을 초과하는지 판단하는,
    BLDC 모터 과부하 감지 장치.
  6. 제3 항에 있어서,
    상기 판단부는 상기 BLDC 모터가 정상인 것으로 판단되는 경우 상기 BLDC 모터에 에러가 발생되지 않은 것으로 판단하고,
    초기화 값에 에러의 발생 수를 더한 값이 기설정된 한계값 이하인 경우, 상기 판단부는 상기 섹터값이 정상인지를 반복적으로 판단하는,
    BLDC 모터 과부하 감지 장치.
  7. BLDC 모터 과부하를 감지하기 위한 방법에 있어서,
    상기 BLDC 모터에 인가되는 3상 전류값을 측정하여 상기 3상 전류값에 매칭되는 섹터값을 도출하는 단계;
    도출된 상기 섹터값과 이전에 측정된 이전 섹터값과 비교하여 상기 섹터값이 정상인지 비정상인지를 판단하는 단계;
    상기 섹터값이 비정상인 경우 에러가 발생된 것으로 판단하고, 에러의 발생 수를 카운팅하는 단계; 및
    상기 에러의 발생 수를 기초로 상기 BLDC 모터가 구속되었는지를 판단하는 단계를 포함하는,
    BLDC 모터 과부하 감지 방법.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 에러의 발생 수를 기초로 상기 BLDC 모터가 구속되었는지를 판단하는 단계는,
    상기 에러의 발생 수가 기설정된 한계값 이상인 경우 상기 BLDC 모터가 구속되었다는 것을 판단하는,
    BLDC 모터 과부하 감지 방법.
  9. 제7 항에 있어서,
    상기 섹터값이 정상인지 비정상인지를 판단하는 단계는,
    상기 섹터값과 상기 이전 섹터값이 기설정된 수치만큼 차이가 나는 경우 상기 BLDC 모터가 정상인 것으로 판단하고, 상기 섹터값과 상기 이전 섹터값이 기설정된 수치만큼 차이가 나지 않는 경우 상기 BLDC 모터가 비정상인 것으로 판단하는 것을 포함하는,
    BLDC 모터 과부하 감지 방법.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 섹터값이 비정상인 경우 에러가 발생된 것으로 판단하고, 에러의 발생 수를 카운팅하는 단계는,
    상기 BLDC 모터가 정상인 경우 이전 에러값에서 기설정된 수치만큼의 에러의 발생 수를 차감하고,
    상기 BLDC 모터가 비정상인 경우 상기 이전 에러값에서 상기 기설정된 수치만큼 에러의 발생 수를 더하는,
    BLDC 모터 과부하 감지 방법.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 에러의 발생 수를 기초로 상기 BLDC 모터가 구속되었는지를 판단하는 단계는,
    상기 이전 에러값에서 상기 기설정된 수치만큼 에러의 발생 수를 더하거나 차감한 현재 에러값이 기설정된 한계값 이상인지를 판단하는 것인,
    BLDC 모터 과부하 감지 방법.
  12. 제9 항에 있어서,
    상기 현재 에러값이 기설정된 한계값 이하인 경우 상기 현재 에러값과 상기 이전 에러값을 다시 비교하는,
    BLDC 모터 과부하 감지 방법.
  13. 제7 항에 있어서,
    상기 에러의 발생 수를 기초로 상기 BLDC 모터가 구속되었는지를 판단된 경우 상기 BLDC 모터의 속도를 0으로 제어하는 단계를 더 포함하는,
    BLDC 모터 과부하 감지 방법.




KR1020180145096A 2018-11-22 2018-11-22 Bldc 모터 과부하 감지 장치 및 방법 KR20200059848A (ko)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180145096A KR20200059848A (ko) 2018-11-22 2018-11-22 Bldc 모터 과부하 감지 장치 및 방법
US16/508,689 US11031892B2 (en) 2018-11-22 2019-07-11 Apparatus and method for detecting overload of BLDC motor
DE102019119340.0A DE102019119340A1 (de) 2018-11-22 2019-07-17 Vorrichtung und verfahren zum detektieren einer überlast eines bldc-motors
CN201910650125.1A CN111211730A (zh) 2018-11-22 2019-07-18 用于检测bldc电机过载的装置和方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180145096A KR20200059848A (ko) 2018-11-22 2018-11-22 Bldc 모터 과부하 감지 장치 및 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20200059848A true KR20200059848A (ko) 2020-05-29

Family

ID=70546130

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180145096A KR20200059848A (ko) 2018-11-22 2018-11-22 Bldc 모터 과부하 감지 장치 및 방법

Country Status (4)

Country Link
US (1) US11031892B2 (ko)
KR (1) KR20200059848A (ko)
CN (1) CN111211730A (ko)
DE (1) DE102019119340A1 (ko)

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4368411A (en) * 1981-07-13 1983-01-11 Kollmorgen Technologies Corporation Control system for electric motor
US4532461A (en) * 1983-11-01 1985-07-30 Kollmorgen Technologies Corporation Rotor position sensor error detection
JP3297159B2 (ja) * 1993-09-14 2002-07-02 東芝キヤリア株式会社 直流ブラシレスモータの駆動装置およびその良否識別方法
US5574346A (en) * 1995-05-15 1996-11-12 Delco Electronics Corporation On and off state fault detection circuit for a multi-phase brushed or brushless DC motor
JP3628855B2 (ja) * 1997-11-18 2005-03-16 三菱電機株式会社 エンジンの吸入空気量の制御方法及びその制御装置
JP3983128B2 (ja) * 2002-07-26 2007-09-26 株式会社ジェイテクト 車両用操舵制御システム
KR101357827B1 (ko) * 2012-12-07 2014-02-05 전자부품연구원 병렬 코일형 영구자석 모터의 고장 검출 방법 및 시스템
KR101551099B1 (ko) * 2014-06-13 2015-09-08 현대자동차주식회사 모터 시스템의 고장 판정 방법
US10505490B2 (en) * 2016-02-19 2019-12-10 Hitachi, Ltd. Motor control system
JP6681366B2 (ja) * 2017-07-18 2020-04-15 ミネベアミツミ株式会社 モータ駆動制御装置及びモータの駆動制御方法

Also Published As

Publication number Publication date
US11031892B2 (en) 2021-06-08
CN111211730A (zh) 2020-05-29
US20200169203A1 (en) 2020-05-28
DE102019119340A1 (de) 2020-05-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9825579B2 (en) Temperature estimating apparatus for synchronous motor
US8575879B2 (en) Methods, systems and apparatus for controlling a multi-phase inverter
KR102108911B1 (ko) 드라이브 시스템 및 인버터 장치
JP3636340B2 (ja) 交流回転機用電力変換装置
US8664901B2 (en) Method and system for estimating electrical angular speed of a permanent magnet machine
KR20130106505A (ko) 센서리스 제어 방법 및 장치
US8754603B2 (en) Methods, systems and apparatus for reducing power loss in an electric motor drive system
KR102285399B1 (ko) 인버터 제어 장치 및 드라이브 시스템
JP2008220096A (ja) 同期電動機のセンサレス制御装置
JP4010195B2 (ja) 永久磁石式同期モータの制御装置
KR102654519B1 (ko) Bldc 모터 과부하 감지 장치 및 방법
JP7361924B2 (ja) モータ制御装置、モータ制御方法
JP3797508B2 (ja) 永久磁石型同期電動機のセンサレス速度制御方法及びその脱調検出方法
JP4735439B2 (ja) 永久磁石式同期電動機の初期磁極位置推定装置
US20230142956A1 (en) Motor controller, motor system and method for controlling motor
JP2020014266A (ja) 電動機の制御装置
JP2010051151A (ja) モータ制御装置
KR20200059848A (ko) Bldc 모터 과부하 감지 장치 및 방법
JP5148789B2 (ja) 永久磁石型同期電動機の磁束鎖交数及び電気的時定数の同定方法
JP5798513B2 (ja) 永久磁石同期電動機の初期磁極位置の検出方法および装置、並びに永久磁石同期電動機の制御装置
JP2017055637A (ja) モータの巻き線に生じる逆起電圧に基づきモータを制御するモータ制御装置
JP3161237B2 (ja) 誘導電動機制御装置
JP7405696B2 (ja) 同期電動機の駆動装置および同期電動機の駆動方法
JP2019037016A (ja) 三相同期電動機の制御装置並びにそれを用いる電動パワーステアリング装置
JP2010252503A (ja) Ｐｍモータの位置・速度センサレス制御装置

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal