KR20200102594A

KR20200102594A - 모터 제어기 및 그 제어 방법

Info

Publication number: KR20200102594A
Application number: KR1020190020529A
Authority: KR
Inventors: 이헌형
Original assignee: 계양전기 주식회사
Priority date: 2019-02-21
Filing date: 2019-02-21
Publication date: 2020-09-01

Abstract

본 발명은 전동 모빌리티의 내리막길 주행 시, 역방향 토크가 발생하여 의도치 않게 브레이크가 걸리는 듯한 불쾌감을 주는 것을 방지하고, 쾌적한 주행감을 확보할 수 있는 모터 제어기 및 그 제어 방법을 제공하며,
모터 제어기는, 모터의 역기전력이 증가하여 모터에 역토크가 발생하는 경우, 제어기의 출력전압을 증가시켜 모터를 제어하는 것을 특징으로 하고,
모터 제어기의 제어 방법은, 모터의 전류값을 측정하는 모터 전류 측정 단계; 상기 모터의 전류가 역방향으로 흘러 상기 전류값이 음수로 측정되는 경우 이를 음전류로 검출하는 음전류 검출 단계; 및 상기 음전류가 검출되는 경우, 상기 전류값이 0 이상이 되도록 상기 출력전압을 증가시키는 출력전압 증가 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

모터 제어기 및 그 제어 방법 {Motor controller and control method thereof}

본 발명은 모터를 제어하는 출력전압을 조절하는 모터 제어기에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 모터의 전류값을 피드백하여 제어기의 출력전압을 조절하는 모터 제어기에 관한 것이다.

역기전력(BEMF, Back EMF)이란 시스템 내부에서 정해진 방향으로 흐르는 전류를 저지하도록 작용하는 실효 기전력을 의미하는 것으로, 전동기에서 회전자가 계자 중을 회전함으로써 회전자 회로에 발생하는 전원에 대항하는 극성을 가진 유도 기전력을 의미한다.

예를 들어, 전동 모빌리티를 내리막 길에서 주행하면, 운동에너지가 증가함에 따라 모터의 속도(Motor RPM)가 강제로 증가하게 되며, 이 때 모터의 BEMF가 증가하게 된다.

한편, 모터의 BEMF가 제어기의 출력전압보다 증가하게 되는 경우, 모터에 전력회생이 발생하게 된다. 도 1을 참조하면, 전력회생이란, 배터리에서 모터 쪽으로 전류(I₁)가 흘러 모터에 전력이 공급(도 1의 (a) 참조)되는 일반적인 경우와 비교되는 개념이다. 즉, 모터의 속도(Motor RPM)가 증가하여 배터리 전력 공급시의 기준 속도보다 빨라지게 되면, 모터가 발전기의 형태가 되어 오히려 모터에서 배터리 쪽으로 전류(I₂)가 흘러 배터리가 충전(도 1의 (b) 참조)되는 현상을 의미한다.

다시 도 2를 이용하여 설명하면, 전동 모빌리티의 주행 노면 높이가 감소하면, 운동에너지가 증가하여 모터의 속도가 증가하고, 이로 인해 모터의 BEMF가 증가하게 된다. 한편, 제어기의 출력전압은 일정한 값으로 정하여지고, 제어기의 출력전압과 모터 BEMF 차이값에 의해 모터가 실제로 구동되게 된다. 따라서 제어기의 출력전압이 더 큰 경우 양방향 전류 및 양방향 토크가 발생하고, 출력전압이 더 작은 경우 음방향 전류 및 역방향 토크가 발생하게 된다.

역방향 토크가 발생하는 경우, 전력회생에 의하여 회생제동이 발생하게 되며, 이에 따라 전동 모빌리티의 사용자는 내리막길 주행 시 의도하지 않게 전자식 브레이크가 걸리는 듯한 불쾌한 느낌을 받게 되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 구체적으로는 전동 모빌리티의 내리막길 주행 시, 역방향 토크가 발생하여 의도치 않게 브레이크가 걸리는 듯한 불쾌감을 주는 것을 방지하고, 쾌적한 주행감을 확보할 수 있는 모터 제어기 및 그 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 실시예는 상기와 같은 과제를 해결하고자, 제어기의 출력전압으로 모터를 제어하는 모터 제어기 및 모터 제어 방법을 제공한다.

모터 제어기는, 모터의 역기전력이 증가하여 모터에 역토크가 발생하는 경우, 제어기의 출력전압을 증가시켜 모터를 제어하는 것을 특징으로 한다. 즉 모터의 역기전력이 제어기의 출력전압보다 높아지는 경우 출력전압을 증가시킨다.

나아가 모터 제어기는, 모터의 전류값을 수신하는 전류 수신부; 상기 전류값이 음수가 되는 경우 이를 음전류로 검출하는 음전류 검출부; 및 상기 음전류 검출시 상기 제어기의 출력전압을 증가시키는 출력전압 제어부; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 출력전압 제어부는, 상기 전류값이 0 이상이 되도록 상기 제어기의 출력전압을 증가시키며, 상기 출력전압 제어부에 의해 상기 전류값이 0을 초과하는 경우, 최초에 설정된 제어기의 출력전압으로 모터를 제어하는 것을 특징으로 한다.

또한 모터를 제어하는 방법은, 모터의 전류값을 측정하는 모터 전류 측정 단계; 상기 모터의 전류가 역방향으로 흘러 상기 전류값이 음수로 측정되는 경우 이를 음전류로 검출하는 음전류 검출 단계; 및 상기 음전류가 검출되는 경우, 상기 전류값이 0 이상이 되도록 상기 제어기의 출력전압을 증가시키는 출력전압 증가 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

나아가 상기 출력전압 증가 단계에 의해 상기 전류값이 0을 초과하는 경우, 상기 출력전압을 최초 설정된 출력전압으로 감소시켜 모터를 제어하는 출력전압 감소 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이상에서 살펴본 바와 같은 본 발명의 과제해결 수단에 의하면 다음과 같은 사항을 포함하는 다양한 효과를 기대할 수 있다. 다만, 본 발명이 하기와 같은 효과를 모두 발휘해야 성립되는 것은 아니다.

본 발명에 따르면 내리막길 주행시 종래 사용자가 의도하지 않은 경우에도 브레이크가 걸리는 듯한 불쾌한 느낌을 받는 것을 방지할 수 있다. 따라서 속도감이 저해되지 않고 쾌적한 주행이 가능하다.

또한 내리막길 주행시 역방향 토크가 걸리지 않는 것은 물론, 출력전압이 모터의 BEMF보다 커지지 않도록 0전류 제어를 함에 따라 양방향 토크가 걸리지 않으므로 자연스러운 주행감으로 안전하게 주행할 수 있다.

도 1은 회생전력 개념도,
도 2는 종래 모터 제어기의 역방향 토크 발생을 설명하는 개념도,
도 3은 본 발명 모터 제어기의 제어 개념도,
도 4는 본 발명 모터 제어기의 구성도,
도 5는 본 발명 모터 제어기 제어 방법의 순서도,
도 6은 본 발명 모터 제어기의 역방향 토크 방지를 설명하는 개념도,
도 7은 본 발명 모터 제어 방법의 순서도이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명 모터 제어기의 제어 개념도, 도 4는 본 발명 모터 제어기의 구성도, 도 5는 본 발명 모터 제어기 제어 방법의 순서도, 도 6은 본 발명 모터 제어기의 역방향 토크 방지를 설명하는 개념도이다.

이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 모터 제어기(1)는, 모터(2)에 입력되는 출력전압(V)을 제어하는 것으로서, 제어를 위해 입력되는 입력값(Iref 또는 Vref)과 모터(2)의 전류값(I)을 이용하여 출력전압(V)을 제어한다. 즉, 본 발명 모터 제어기(1)는, 모터(2)의 역기전력이 증가하여 모터(2)에 음전류가 흐르고, 이로 인해 모터(2)에 역토크가 발생하는 경우, 출력전압(V)을 증가시켜 음전류가 흐르지 않도록 모터(2)를 제어한다. 즉 모터(2)의 역기전력이 제어기의 출력전압(V)보다 높아지는 경우 제어기의 출력전압(V)을 증가시킨다.

도 4를 참조하면 모터 제어기(1)는, 별도의 제어부 또는 사용자로부터 모터(2) 제어를 위한 입력값(Iref 또는 Vref)을 수신하는 입력부(13)와, 모터(2)의 전류값(I)을 수신하는 전류 수신부(11)와, 모터(2)의 전류값(I)이 음수가 되는 경우 이를 음전류로 하여 그 음전류를 검출하는 음전류 검출부(12)와, 입력값(Iref 또는 Vref)과 모터(2)의 전류값(I)을 이용하여 출력전압(V)을 제어하는 출력전압 제어부(14)를 포함한다. 모터(2)의 전류값(I)을 측정하는 전류계 또는 전류센서를 더 포함할 수 있다.

음전류 검출부(12)는 전류의 방향을 판단하는 것으로, 모터(2) 제어의 역방향으로 전류가 음전류가 된다. 나아가 모터(2)의 전류값(I)이 음수인 경우 그 크기도 검출해낼 수 있다. 음전류 검출부(12)는 여러가지 형태로 구성될 수 있으며, 일 예로 모터(2)의 전류값(I)을 모니터링하여 전류값(I)이 음수가 되는 경우에만 음전류 신호를 출력전압 제어부(14)에 전달하거나, 다이오드를 포함하여 음방향의 전류만이 음전류 검출부(12)에 흐르도록 구성될 수 있다.

출력전압 제어부(14)는 모터(2)의 전류값(I) 및 입력값(Iref 또는 Vref)을 기반으로 모터(2)를 제어하기 위한 전압값을 조절한다.

출력전압 제어부(14)의 제어 순서를 도 5를 참조하여 설명하면, 먼저 입력값(Iref 또는 Vref)을 기반으로 제어기의 출력전압(V)을 도출하여 출력한다(S1). 제어기의 출력전압(V)은 임의의 값으로 설정될 수도 있다(S1 단계에서 도출되거나 설정된 출력전압(V)을 이하, "최초 설정된 출력전압(V)"이라 한다.).

이후, 모터(2)의 전류값(I)이 음전류인지를 판단한다(S2). 모터(2)에 양(+)전류가 흐르는 경우 회생제동이 발생하지 않은 것으로 보아 그대로 출력전압(V)을 출력하고(S1), 모터(2)에 음전류가 흐르는 경우 회생제동이 발생한 것으로 보고 출력전압(V)을 증가시켜 출력한다(S3). 출력전압(V)은 모터(2)의 전류값(I)이 0이 될때까지 증가한다.

더욱 구체적으로 설명하면, 제어기의 출력전압(V)은 0 이상이 되도록 증가된다. 모터(2)의 전류값(I)이 0 이상인지를 판단하여, 0 이상인 경우 출력전압(V)을 더이상 증가시키지 않고, 0 미만인 경우 계속하여 출력전압(V)을 증가시킨다. 즉, 모터(2)에 음전류가 흐를 때 이를 피드백 변수로 이용하여 출력전압(V)을 증가시키는 방향으로 조절한다.

다시 모터(2)의 전류값(I)이 0 이상인지를 판단하여(S4), 0 이상이 되지 않는 경우에는 출력전압(V)을 계속하여 증가시킴(S3)으로써, 모터(2)의 음전류가 흘러 역토크가 발생하는 것을 방지한다.

한편, 모터(2)의 BEMF가 최초 설정된 출력전압(V)보다 큰 경우 모터(2)의 전류값(I)이 0을 추동하도록 출력전압(V)을 제어하는 것이 바람직하다. 제어기의 출력전압(V)이 더 높아서 모터(2)에 양전류가 흐르는 경우 양방향 토크가 걸리게 되는데, 이미 모터(2)의 속도가 크게 증가된 상태이므로 양방향 토크를 가할 필요가 없기 때문이다.

따라서 모터(2)의 전류값(I)이 0을 초과하는지를 판단하여(S5), 전류값(I)이 양전류가 되는 경우 0이 되도록 제어기의 출력전압(V)을 감소시킨다(S6). 이 때, 출력전압(V)과 최초 설정된 출력값의 크기를 비교한다(S7). 출력전압(V)이 최초 설정된 출력전압보다 크다면 전류값(I)이 0보다 큰 상태이므로 계속하여 출력전압을 감소시키고(S6), 그렇지 않다면 최초 설정된 출력전압을 출력(S8)하는 것이 바람직하다.

즉, 모터(2)의 BEMF가 최초 설정된 출력전압(V)보다는 높지만 감소하고 있는 상황이라면, 출력전압(V)을 모터(2)의 BEMF에 맞추어 점차 감소시키고, 모터(2)의 BEMF가 최초 설정된 출력전압(V)보다 낮아지는 경우에는 최초 설정된 출력전압(V)을 유지하여 출력한다.

도 6을 이용하여 다시 설명하면, 전동 모빌리티의 주행 노면 높이가 감소함에 따라 모터(2)의 속도(Motor RPM)가 증가하게 된다. 이에 따라 모터(2)의 BEMF가 증가하게 된다. 모터(2)의 BEMF가 증가하여 최초 설정된 출력전압(V)보다 커지는 경우 음전류가 발생하는 것을 검출하여, 모터(2)의 전류값(I)이 0을 추동하도록 제어기의 출력전압(V)을 증가시키면 모터(2)에 토크가 걸리지 않는 상태가 된다. 따라서 내리막길 주행시 사용자는 브레이크가 걸리는 듯한 느낌을 받지 않게 되고 쾌적한 주행감성을 확보할 수 있다.

상술한 모터 제어기(1)를 이용하여 모터(2)를 제어하는 방법을 도 7을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 도 7은 모터 제어 방법의 순서도이다.

모터(2) 제어 방법은 전류 측정 단계(S10), 음전류 검출 단계(S20), 출력전압 증가 단계(S30), 출력전압 감소 단계(S40)를 포함한다.

전류 측정 단계(S10)는, 모터(2) 코일에 흐르는 전류값(I)을 측정하는 단계이다. 모터(2)의 BEMF가 최초 설정된 출력전압(V)보다 낮은 경우 양전류, 큰 경우 음전류가 흐르게 된다.

음전류 검출 단계(S20)는 모터 제어기(1)의 전류 수신부(11)에서 전류값(I)을 수신하고, 음전류인지 판단하여 출력전압 제어부(14)에 음전류에 대한 정보를 제공하는 단계이다. 모터(2)의 전류가 역방향으로 흘러 전류값(I)이 음수로 측정되는 경우, 이를 음전류로 검출한다.

출력전압 증가 단계(S30)는 음전류가 검출되는 경우, 상기 전류값(I)이 0 또는 0 이상이 되도록 출력전압(V)을 증가시키는 단계이다.

출력전압 감소 단계(S40)는, 모터(2)의 BEMF가 최초 설정된 출력전압(V)보다 높은 상태에서 낮아지는 경우에 이루어지는 것으로서, 출력전 증가 단계에 의해 모터(2)의 전류값(I)이 0을 초과하는 경우 출력전압(V)을 감소시키되, 출력전압(V)이 최초 설정된 출력전압(V) 까지 감소된 경우 최초 설정된 출력전압(V)을 유지하도록 제어된다.

따라서 출력전압 감소 단계(S40)는 모터(2)의 전류값(I)이 양수인지 판단하는 양전류 검출 단계(S41), 모터(2)의 전류값(I)이 양수인 경우 출력전압(V)이 최초 설정된 출력전압보다 큰지 판단하는 출력전압 비교 단계(S42), 출력전압(V)이 최초 설정된 출력전압보다 크지 않은 경우 최초 설정된 출력전압으로 출력을 유지하는 출력 유지 단계(S43)를 포함할 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형 가능한 것으로, 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

1 : 모터 제어기 2 : 모터
11 : 전류 수신부 12 : 음전류 검출부
13 : 입력부 14 : 출력전압 제어부
S10 : 전류 측정 단계
S20 : 음전류 검출 단계
S30 : 출력전압 증가 단계
S40 : 출력전압 감소 단계
S41 : 양전류 검출 단계
S42 : 출력전압 비교 단계
S43 : 출력 유지 단계

Claims

출력전압으로 모터를 제어하는 모터 제어기에 있어서,
상기 모터의 역기전력이 증가하여 상기 모터에 역토크가 발생하는 경우, 상기 출력전압을 증가시켜 상기 모터를 제어하는 것을 특징으로 하는 모터 제어기.
제1항에 있어서,
상기 모터의 전류값을 수신하는 전류 수신부;
상기 전류값이 음수가 되는 경우 이를 음전류로 검출하는 음전류 검출부; 및
상기 음전류 검출시 최초 설정된 출력전압보다 상기 출력전압을 증가시키는 출력전압 제어부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 제어기.
제2항에 있어서,
상기 출력전압 제어부는, 상기 전류값이 0 이상이 되도록 상기 출력전압을 증가시키는 것을 특징으로 하는 모터 제어기.
제3항에 있어서,
상기 출력전압 제어부에 의해 상기 전류값이 0을 초과하는 경우, 상기 최초 설정된 출력전압으로 감소시켜 모터를 제어하는 것을 특징으로 하는 모터 제어기.
모터 제어기의 출력전압을 조절하여 모터를 제어하는 방법에 있어서,
상기 모터의 전류값을 측정하는 전류 측정 단계;
상기 모터의 전류가 역방향으로 흘러 상기 전류값이 음수로 측정되는 경우 이를 음전류로 검출하는 음전류 검출 단계; 및
상기 음전류가 검출되는 경우, 상기 전류값이 0 이상이 되도록 상기 출력전압을 증가시키는 출력전압 증가 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 제어기의 제어 방법.
제5항에 있어서,
상기 출력전압 증가 단계에 의해 상기 전류값이 0을 초과하는 경우, 상기 출력전압을 최초 설정된 출력전압으로 감소시켜 모터를 제어하는 출력전압 감소 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 제어기의 제어 방법.