KR20220089944A - 모터 제어 장치 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 모터 제어 방법은 모터의 회전자를 정렬하는 단계, 상기 모터를 일 방향으로 회전시키는 단계, 현재 게이트 신호가 이전 게이트 신호와 같은지 판단하는 단계, 현재 하이 상태인 게이트 신호의 개수에 따라 기준전류를 설정하는 단계, 모터 전류를 센싱하고, 센싱한 모터 전류와 상기 기준전류를 비교하는 단계, 상기 모터 전류와 상기 기준전류의 차가 제1 임계값보다 작으면, 현재 위치를 모터의 기준위치로 설정하는 단계를 포함하고, 상기 게이트 신호는 상기 모터를 구동하도록 3 상 동작하는 3 상 FET에 인가되는 게이트 신호이다.

Description

모터 제어 장치 및 그 방법{Motor Controller and method thereof}
본 발명은 모터 제어 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 게이트 신호와 모터 전류를 이용하여 모터의 위치를 초기화하는 모터 제어 방법 및 모터 제어 장치에 관한 발명이다.
차량에 적용되는 시프트 바이 와이어 시스템(SBW)은 스위치 릴럭턴스 모터(Switched Reluctance Motor, SRM)를 이용한다. 안정적인 변속을 위해선 차량 시동 시 SBW 시스템의 기준위치를 설정해야 한다. 기준위치를 설정 하지 않을 경우, P/R/N/D 변속 제어시 문제 발생 가능성이 있어, 안정상 위험할 수 있다.
정확한 변속 제어를 위해 정확하고 효율적으로 기준위치를 설정할 수 있는 기술이 필요하다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 게이트 신호와 모터 전류를 이용하여 모터의 위치를 초기화하는 모터 제어 방법 및 모터 제어 장치를 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 제어 방법은 모터의 회전자를 정렬하는 단계; 상기 모터를 일 방향으로 회전시키는 단계; 현재 게이트 신호가 이전 게이트 신호와 같은지 판단하는 단계; 현재 하이 상태인 게이트 신호의 개수에 따라 기준전류를 설정하는 단계; 모터 전류를 센싱하고, 센싱한 모터 전류와 상기 기준전류를 비교하는 단계; 및 상기 모터 전류와 상기 기준전류의 차가 제1 임계값보다 작으면, 현재 위치를 모터의 기준위치로 설정하는 단계를 포함하고, 상기 게이트 신호는 상기 모터를 구동하도록 3 상 동작하는 3 상 FET에 인가되는 게이트 신호이다.
또한, 상기 모터 전류와 상기 기준전류의 차가 상기 제1 임계값보다 크면, 상기 모터 또는 제어부의 고장으로 판단할 수 있다.
또한, 운전자로부터 입력받은 변속명령에 따라 상기 기준위치를 기준으로 변속 제어를 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 모터의 위치를 측정하는 위치센서가 측정한 제1 변속위치와 인히비터 스위치신호로부터 수신한 제2 변속위치를 비교하는 단계; 및 상기 제1 변속위치와 상기 제2 변속위치의 차이가 제2 임계값보다 작으면, 변속을 완료하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 변속위치와 상기 제2 변속위치의 차이가 상기 제2 임계값보다 크면, 상기 모터를 일 방향으로 회전시키는 단계 내지 상기 현재 위치를 모터의 기준위치로 설정하는 단계를 반복할 수 있다.
또한, 상기 모터를 일 방향으로 회전시키는 단계 내지 상기 현재 위치를 모터의 기준위치로 설정하는 단계를 반복한 횟수가 미리 설정된 횟수 이상인 경우, 상기 위치 센서 또는 상기 인히비터 스위치의 고장으로 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 모터의 회전자를 정렬하는 단계는 차량의 시동시 수행될 수 있다.
또한, 상기 모터의 회전자를 정렬하는 단계는, 3 상으로 동작하는 3 상 FET 중 한 상 이상의 FET를 턴온하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 현재 게이트 신호가 이전 게이트 신호와 같은지 판단하는 단계는, 각 상의 게이트 신호를 개별 판단하여 상기 현재 게이트 신호가 이전 게이트 신호와 같은지 판단할 수 있다.
또한, 상기 현재 게이트 신호가 이전 게이트 신호와 같은지 판단하는 단계는, 상기 현재 게이트 신호가 이전 게이트 신호와 같은 상태가 미리 설정된 시간동안 유지되는지 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 모터를 일 방향으로 회전시키는 단계는, 상기 모터를 시계방향 또는 반시계방향으로 회전시킬 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 제어 장치는 기어 변속을 수행하는 모터를 구동하도록 3 상 동작하는 3 상 FET; 및 상기 3 상 FET를 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 모터의 회전자를 정렬하고, 상기 모터를 일 방향으로 회전시키고, 현재 3 상 FET의 게이트 신호가 이전 게이트 신호와 같은지 판단하고, 현재, 하이 상태인 게이트 신호의 개수에 따라 기준전류를 설정하고, 모터 전류를 센싱하고, 센싱한 모터 전류와 상기 기준전류를 비교하며, 상기 모터 전류와 상기 기준전류의 차가 제1 임계값보다 작으면, 현재 위치를 모터의 기준위치로 설정한다.
또한, 상기 제어부는, 상기 모터 전류와 상기 기준전류의 차가 상기 제1 임계값보다 크면, 상기 모터 또는 상기 제어부의 고장으로 판단할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 운전자로부터 입력받은 변속명령에 따라 상기 기준위치를 기준으로 변속 제어를 수행할 수 있다.
또한, 상기 모터의 위치를 측정하는 위치센서를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 위치센서가 측정한 제1 변속위치와 인히비터 스위치신호로부터 수신한 제2 변속위치를 비교하여 상기 제1 변속위치와 제2 변속위치의 차이가 제2 임계값보다 작으면, 변속을 완료할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 제1 변속위치와 제2 변속위치의 차이가 상기 제2 임계값보다 크면, 상기 모터를 정렬하는 과정 내지 상기 현재 위치를 모터의 기준위치로 설정하는 과정을 반복하고, 상기 모터를 정렬하는 과정 내지 상기 현재 위치를 모터의 기준위치로 설정하는 과정을 반복한 횟수가 미리 설정된 횟수 이상인 경우, 상기 위치 센서 또는 상기 인히비터 스위치의 고장으로 판단할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 차량 시동시 상기 3 상 FET 중 한 상 이상의 FET를 턴온하여 상기 모터의 회전자를 정렬할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 각 상의 게이트 신호를 개별 판단하여 상기 현재 게이트 신호가 이전 게이트 신호와 같은 상태가 미리 설정된 시간동안 유지되는지 판단할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 정확하게 모터의 기준위치를 설정할 수 있다. 또한, 위치센서 종류, 전류센서 종류에 상관없이 적용이 가능하고, 게이트 신호(Gate-signal)의 변화량과 기준전류와의 비교를 이용하여, 제어기(SCU) 혹은 모터의 고장 판단이 가능하다. 나아가, 기어 변속 시, 기준위치로부터 얻어지는 위치센서 값과 인히비터 스위치 신호를 비교하여, 위치센서 혹은 인히비터 스위치의 고장을 판단할 수 있고, 이를 통해, 값비싼 듀얼 다이(Dual Die) 위치센서, 자가 고장 판단 기능이 탑재 된 위치센서, 위치센서 고장 판단 기능이 있는 IC를 사용하지 않고 모터를 정확하고 안전하게 제어할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 제어 장치의 블록도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 모터 제어 장치의 블록도이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 모터 제어 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 제어 방법의 흐름도이다.
도 7 내지 도 10은
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
다만, 본 발명의 기술 사상은 설명되는 일부 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 기술 사상 범위 내에서라면, 실시 예들간 그 구성 요소들 중 하나 이상을 선택적으로 결합 또는 치환하여 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서 사용되는 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는, 명백하게 특별히 정의되어 기술되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해될 수 있는 의미로 해석될 수 있으며, 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미를 고려하여 그 의미를 해석할 수 있을 것이다.
또한, 본 발명의 실시예에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.
본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함할 수 있고, "A 및(와) B, C 중 적어도 하나(또는 한 개 이상)"로 기재되는 경우 A, B, C로 조합할 수 있는 모든 조합 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성요소의 본질이나 차례 또는 순서 등으로 한정되지 않는다.
그리고, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 '연결', '결합', 또는 '접속'된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성 요소에 직접적으로 '연결', '결합', 또는 '접속'되는 경우뿐만 아니라, 그 구성 요소와 그 다른 구성 요소 사이에 있는 또 다른 구성 요소로 인해 '연결', '결합', 또는 '접속'되는 경우도 포함할 수 있다.
또한, 각 구성 요소의 "상(위)" 또는 "하(아래)"에 형성 또는 배치되는 것으로 기재되는 경우, "상(위)" 또는 "하(아래)"는 두 개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되는 경우뿐만 아니라, 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 형성 또는 배치되는 경우도 포함한다. 또한, "상(위)" 또는 "하(아래)"로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 제어 장치의 블록도이고, 도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 모터 제어 장치의 블록도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 모터 제어 장치(100)는 3 상 FET(110) 및 제어부(120)로 구성되고, 전류센서(130), 위치센서(140)를 포함할 수 있고, 모터(200) 또는 인히비터 스위치(300)와 신호를 송수신하는 통신부(미도시)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 모터 제어 장치(100)는 모터(200)를 구동하거나 제동하며, 시프트 바이 와이어 시스템(이하 SBW)을 형성하는 모터 제어 장치일 수 있다. SBW는 스위치 릴럭턴스 모터(Switched Reluctance Motor, 이하 SRM)와 SBW 컨트롤 유닛(SBW Control Unit, SCU)로 구성되고, SRM와 SCU는 일체형으로 구성될 수 있다. SRM와 SCU는 독립적으로 구성될 수도 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 제어 장치(100)는 SBW를 구성하는 SCU로 동작할 수 있다.
3 상 FET(110)는 기어 변속을 수행하는 모터를 구동하도록 3 상 동작할 수 있다.
보다 구체적으로 3 상 FET(110)는 3 개의 FET로 구성되며, 3 개의 FET는 서로 다른 위상(U,V,W)으로 동작하는 3 상 브릿지로 구성될 수 있다. 3 상 FET는 6 개의 브릿지(6 Bridge)로 구성될 수도 있다. 6개의 FET로 구성되는 경우, 3개의 상측 스위치와 3개의 하측 스위치로 구성되고, 서로 쌍을 이루는 상측 스위치와 하측 스위치는 상보적으로 도통되어 모터를 3 상 동작시킬 수 있다.
3 상 FET(110)를 구성하는 각각의 FET는 게이트, 소스, 드레인으로 구성되는 MOSFET일 수 있고, 게이트에 인가되는 게이트 신호(Gate signal)에 따라 온오프 될 수 있다. 3 상 FET(110)는 3 상 통전, 2상 통전, 또는 1상 통전될 수 있고, 모두 오프될 수 있다.
제어부(120)는 3 상 FET를 제어하여 모터(200)를 구동한다.
보다 구체적으로 제어부(120)는 3 상 FET 중 적어도 하나의 상의 FET에 게이트 신호를 인가함으로써 해당 FET를 통전시켜 모터(200)를 구동한다. 제어부(120)는 도 3과 같이, 게이트 신호를 게이트 드라이버 유닛(GDU(Gate Driver Unit), 150)을 통해 게이트 신호를 FET에 게이트 신호를 인가할 수 있다.
제어부(120)는 모터(200)의 정확한 구동을 위하여, 차량에 시동이 걸리거나, 모터(200)의 위치를 초기화할 필요가 있을 때, 모터(200)의 기준위치를 설정하는 초기화를 수행할 수 있다. 모터(200)의 기준위치는 변속 제어를 수행하는 기준이 되는 위치로, 기준위치를 정확히 설정하지 못하는 경우, 기어 변속에 문제가 발생할 수 있어, 운전자가 위험할 수 있다. 따라서, 모터(200)의 기준위치를 정확한 위치로 설정해야 한다.
제어부(120)는 모터(200)의 회전자를 정렬하고, 모터(200)를 일 방향으로 회전시키고, 현재 3 상 FET(110)의 게이트 신호가 이전 게이트 신호와 같은지 판단하고, 현재, 하이 상태인 게이트 신호의 개수에 따라 기준전류를 설정하고, 모터 전류를 센싱하고, 센싱한 모터 전류와 상기 기준전류를 비교하며, 상기 모터 전류와 상기 기준전류의 차가 제1 임계값보다 작으면, 현재 위치를 모터의 기준위치로 설정한다.
제어부(120)는 모터(200)의 기준위치를 설정하기 위하여, 먼저, 모터(200)의 회전자(Rotor)를 정렬한다. 이때, 제어부(120)는 차량 시동이 걸리는 신호를 수신하면, 3 상 FET(110) 중 한 상 이상의 FET를 턴온하여 모터(200)의 회전자를 정렬할 수 있다. 모터(200)의 회전자를 정렬함으로써 모터의 초기 제어 각을 설정할 수 있다.
이후, 모터를 시계방향 또는 시계반대방향 중 하나의 방향인 일 방향으로 회전시킨다. 회전함에 따라 3 상 FET(110)의 통전되는 FET가 달라진다. 3 상 FET(110)를 구성하는 각 상의 FET가 서로 다른 위상으로 온오프된다. 모터의 회전에 따라 3 상 FET(110)를 제어하기 위해 인가되는 게이트 신호가 달라진다. 회전시 3 상 FET(110)에 인가되는 게이트 신호가 달라지는 점을 이용하여 기준위치를 설정하는데 이용한다.
모터(200)의 기준위치는 구조적인 걸림턱 등에 모터(200)가 걸려 회전하지 않는 위치로, 모터(200)를 일 방향으로 회전 중에 모터(200)가 걸림턱 등에 걸려 더 이상 회전하지 않는 경우, 모터(200)의 회전이 정지되기 때문에, 이때, 3 상 FET(110)에 인가되는 게이트 신호가 유지된다. 이를 이용하기 위하여, 제어부(120)는 현재 3 상 FET(110)의 게이트 신호가 이전 게이트 신호와 같은지 판단한다. 게이트 신호는 각 상별로 존재하는바, 각 상별로 현재 게이트 신호가 이전 게이트 신호와 같은지 판단한다. 예를 들어, 3 상 FET(110)는 U상, V상, W상으로 동작하고, 현재의 U_Gate signal, V_Gate signal, W_Gate signal을 각각 이전의 U_Gate signal, V_Gate signal, W_Gate signal과 비교하여 게이트 신호가 같은지 변화가 있는지를 판단한다.
제어부(120)는 각 상의 게이트 신호를 개별 판단하여 상기 현재 게이트 신호가 이전 게이트 신호와 같은 상태가 미리 설정된 시간동안 유지되는지 판단할 수 있다. 현재 게이트 신호가 이전 게이트 신호가 같은 상태인지를 판단함에 있어서, 현재 게이트 신호가 이전 게이트 신호와 같은 상태가 미리 설정된 시간동안 유지되는지 판단할 수 있다. 이를 판단하는 시간은 모터(200)를 회전시 3 상 FET(110)에 게이트 신호가 인가되는 주기에 따라 설정될 수 있다. 해당 시간은 모터(200)의 회전속도에 따라 달라지거나 사용자에 의해 설정될 수 있다.
제어부(120)는 현재 3 상 FET(110)의 게이트 신호가 이전 게이트 신호와 같은 경우, 현재 하이 상태인 게이트 신호의 개수에 따라 기준전류를 설정하고, 모터 전류를 센싱하고, 센싱한 모터 전류와 상기 기준전류를 비교한다. 현재 게이트 신호가 이전 게이트 신호와 같은 경우, 모터(200)가 회전을 멈추었다고 판단할 수 있으나, 바로 해당 위치를 기준위치로 설정하지 않고, 보다 정확한 기준위치 설정을 위하여, 기준전류 및 모터 전류를 이용하여 해당 위치가 진정한 기준위치에 해당하는지를 판단한다. 이를 위하여, 제어부(120)는 현재 게이트 긴호가 이전 게이트 신호와 같은 상태에서 하이를 유지하고 있는 게이트 신호의 개수를 확인한다. 하이를 유지하고 있는 게이트 신호의 개수에 따라 현재 상태에서 모터에 흐르는 전류의 크기가 달라지는바, 현재 하이 상태인 게이트 신호를 확인한다. 현재 하이 상태인 게이트 신호의 개수에 따라 기준전류를 설정한다 여기서, 기준전류는 하이 상태인 게이트 신호의 개수에 따라 모터에 흐르는 전류를 미리 설정하여 저장하고 있는 값이다. 배터리 전압, 모터의 파라미터인 SRM 파라미터가 동일한 경우, 정상상태에서의 전류는 게이트 신호가 하이가 되어 턴온되어 있는 FET의 개수에 비례하며, 동일 FET 개수에서 크기가 일정하다. 예를 들어, 하이 상태인 게이트 신호가 1 개인 1 상에서는 9 A, 하이 상태인 게이트 신호가 2 개인 2 상에서는 18 A로 설정할 수 있다.
모터 전류는 전류센서(130)에서 센싱할 수 있다. 예를 들어, 3 상 FET(110)와 모터(200)의 선로 상에 전류를 측정할 수 있는 저항을 연결하고, 저항에 걸리는 전압을 측정하여 모터 전류를 센싱할 수 있다. 이외에 다양한 전류센서(130)를 이용하여 모터 전류를 센싱할 수 있다. 전류센서(130)는 모터(200)를 보호하기 위하여, 과전압 또는 과전류를 감지하여 차단하는 Protection IC로 구성될 수 있다.
제어부(120)는 모터 전류와 기준전류의 차가 제1 임계값보다 작으면, 현재 위치를 모터의 기준위치로 설정한다. 즉, 실측된 모터 전류와 기 저장된 기준전류를 비교하여 그 차가 정상범위 내인지를 판단하고, 정상범위 내인 경우, 현재 위치를 모터(200)의 기준위치를 설정한다. 여기서, 제1 임계값은 사용자에 의해 설정되거나, 모터(200)의 스펙이나 오차, 요구되는 안전도 등의 스펙에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 제1 임계값은 1 A일 수 있다. 제어부(120)는 정상범위로 판단된 현재 위치를 모터(200)의 기준위치로 설정하고, 변속 위치에 제어에 이용한다.
제어부(120)는 모터 전류와 상기 기준전류의 차가 상기 제1 임계값보다 크면, 모터(200) 또는 제어부(120)의 고장으로 판단할 수 있다. 실측된 모터 전류와 기 저장된 기준전류의 비교 결과, 그 차가 정상범위를 벗어나는 경우, 현재 위치는 모터(200)의 기준위치에 해당하지 않는다는 것을 의미하거나, 모터 전류의 측정 등 고장이 발생한 것으로 판단할 수 있다. 즉, 제어부(120)는 모터 전류와 기준전류의 차가 정상범위를 벗어나면, 모터(200) 또는 제어부(120)의 고장이 발생한 것으로 판단하고, 안전상태(Safety mode)로 변환할 수 있다. 또는, 모터 정렬 내지 모터의 기준위치를 설정하는 상기의 과정을 다시 수행하여 기준위치 설정과정에 오류가 있는지를 확인할 수 있다. 모터(200) 또는 제어부(120)에 고장이 있다고 판단되는 경우, 상위 제어기에 고장신호를 송신할 수 있다.
제어부(120)는 모터(200)의 기준위치가 설정되면, 운전자로부터 입력받은 변속명령에 따라 상기 기준위치를 기준으로 변속 제어를 수행할 수 있다. 운전자는 전자식 변속 버튼을 통해 변속명령인 P, R, N, D 신호 등을 수신할 수 있다. 제어부(120)는 설정된 기준위치를 기준으로, 각 변속명령에 해당하는 모터(200)의 위치로 모터(200)가 회전하도록 모터(200)를 회전시켜 변속 제어를 수행할 수 있다. 제어부(120)는 3 상 FET에 게이트 신호를 인가하여, 모터(200)를 목표하는 위치로 회전시킬 수 있다.
제어부(120)는 모터(200)를 변속에 따라 목표하는 위치로 회전하여 위치하였는지를 판단한다. 이를 위하여, 제어부(120)는 위치센서(140)가 측정한 제1 변속위치와 인히비터 스위치(300)로부터 수신한 제2 변속위치를 비교하여 상기 제1 변속위치와 제2 변속위치의 차이가 제2 임계값보다 작으면, 변속을 완료할 수 있다. 제어부(120)는 도 2와 같이, 위치센서(140)를 통해 제1 변속위치를 확인할 수 있고, 인히비터 스위치(300)를 통해 제2 변속위치를 확인할 수 있다.
위치센서(140)는 모터(200)의 위치를 측정한다. 예를 들어, 위치센서(140)는 듀얼 다이(Dual Die)로 형성되는 두 개의 MR 센서로 구성될 수 있고, 각각의 위치 정보를 이용하여 안정성을 높일 수 있다. 이외에 위치센서(140)는 모터(200)의 위치를 측정할 수 있는 다양한 위치센서를 이용하여 구현될 수 있다. 위치센서(140)는 현재 모터(200)의 위치를 측정함으로써 현재 모터(200)의 위치하고 있는 제1 변속위치를 측정할 수 있다.
인히비터 스위치(300)는 변속단의 위치를 측정한다. 인히비터 스위치(Inhibitor switch)는 변속 레버가 변경되면, 스위치 내에서 전기회로가 접속되는 스위치로, 인히비터 스위치(300)가 측정한 값으로부터 P, R, N, R 변속단 체결 상태인 제2 변속위치를 검출할 수 있다.
모터 제어 장치(100)는 도 3과 같이, SCU(SBW Controller Unit, 100)일 수 있고, 제어부(120)는 MCU(120)일 수 있다. 제어부(120)는 전류센서(130)로부터 전류 크기 신호를 수신하여 전류를 모니터링하는 전류모니터(Current Monitor, 121), 위치센서(140)로부터 모터 회전자 위치 신호를 수신하는 회전자 위치 모니터(Rotor Position Monitor, 122), 인히비터 스위치(300)로부터 변속단 위치 신호를 수신하는 SBW 시스템 위치 검출부(SBW System Position Diagnosis, 123), 전류모니터(121), 회전자 위치 모니터(122) 및 SBW 시스템 위치 검출부(123)의 정보를 이용하여 SBW 시스템 위치를 모니터링하는 SBW 시스템 위치 모니터(SBW System Position Monitor, 124)로 구성될 수 있다.
제어부(120)는 제1 변속위치와 제2 변속위치를 비교하여, 상기 제1 변속위치와 제2 변속위치의 차이가 제2 임계값보다 작으면, 즉, 정상 범위 내이면, 모터(200)가 목표하는 위치에 정확히 위치한다고 판단하고, 변속을 완료한다. 변속이 완료되면, 모터는 회전하지 않는바, 모터(200)를 오프한다. 제어부(120)는 3 상 FET(110)에 게이트 신호를 인가하지 않음으로써 모터(200)를 오프할 수 있다. 제2 임계값은 회전각도이거나, 거리 값일 수 있다. 제2 임계값은 사용자에 의해 설정되거나, 모터(200)의 스펙 등에 따라 다르게 설정될 수 있다.
제어부(120)는 상기 제1 변속위치와 제2 변속위치의 차이가 상기 제2 임계값보다 크면, 상기 모터를 정렬하는 과정 내지 상기 현재 위치를 모터의 기준위치로 설정하는 과정을 반복한다. 제어부(120)는 제1 변속위치와 제2 변속위치가 정상범위를 벗어나는 경우, 기준위치 설정이 잘못되었는지를 확인할 수 있다 이를 위하여, 모터를 정렬하는 과정 내지 현재 위치를 모터의 기준위치로 설정하는 과정을 반복할 수 있다.
제어부(120)는 상기 모터를 정렬하는 과정 내지 상기 현재 위치를 모터의 기준위치로 설정하는 과정을 반복한 횟수가 미리 설정된 횟수 이상인 경우, 상기 위치센서(140) 또는 상기 인히비터 스위치(300)의 고장으로 판단할 수 있다. 모터를 정렬하는 과정 내지 상기 현재 위치를 모터의 기준위치로 설정하는 과정을 반복하였음에도 제1 변속위치와 제2 변속위치의 차이가 상기 제2 임계값보다 크면, 이는 모터의 기준위치를 설정하는 과정이 잘못되었다는 것보다, 위치센서(140) 또는 인히비터 스위치(300)에 고장이 있다고 판단할 수 있다. 이때, 제어부(120)는 상기 모터를 정렬하는 과정 내지 상기 현재 위치를 모터의 기준위치로 설정하는 과정을 반복한 횟수가 2회 이상일 때, 위치센서(140) 또는 인히비터 스위치(300)에 고장이 있다고 판단할 수 있다. 1회, 즉 바로, 또는 3회 이상여부로 판단할 수 있다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 모터 제어 장치의 동작을 설명하는 도면이다.
운전자의 변속 지령 수신 전, 변속이 가능하도록 시스템이 안정 되어야 한다. 차량 시동(401)시, 한 상 이상의 FET를 턴온(Turn on)하여 회전자를 정렬하고, 모터(SRM) 초기 제어각 설정(402)한다. 이후, 한쪽 방향(시계방향 또는 반시계방향)으로 모터을 회전(403)한다. 회전시 게이트 신호(Gate-Signal)가 이전 신호(n-x)부터 현재의 신호(n)까지 x+1개의 신호가 같은지 비교(404)한다. 여기서, 게이트 신호(Gate-Signal)는 FET를 턴온 또는 턴 오프하기 위한 신호(MCU 출력)로 하이(HIGH) 또는 로우(LOW) 신호일 수 있다. Gate-Signal[n]은 디지털로 표현한 것으로, 현재의 게이트 신호를 의미하고, Gate-Signal[n-x]는 x번째 전의 게이트신호를 의미한다. 예를 들어, x가 5인 경우, 5번째 전의 게이트신호부터 현재까지 게이트 신호가 같은지, 즉, 게이트 신호가 5번동안 유지하고 있는지를 판단하는 것을 의미한다. 이때, 게이트 신호는 각 상 별로 존재(U상, V상, W상)하고, 각 상의 게이트 신호에 변화가 없는지 비교해야 한다. 즉, 각 상별로(U_Gate-Signal, V_Gate-Signal, W_Gate-Signal) 게이트 신호를 비교한다. U상은 U상끼리, V상은 V상끼리, W상은 W상끼리 변화가 있는지 비교한다. 게이트 신호는 MCU에서 출력하기 때문에 MCU를 통해 비교가 가능하다.
현재 하이(High) 상태인 게이트 신호 개수에 따른 기준전류 설정(405)한다. 턴온되어 있는 FET에 따라 흐르는 전류의 크기가 다르기 때문에 기준전류를 다르게 설정 해야한다. 배터리 전압, SRM 파라미터등이 같으면 정상태에서의 전류는 턴온이 되어 있는 FET 개수에 종속적이며, 크기가 일정하다. 예를 들어, 1상의 게이트 신호만 하이면 기준 전류는 9A, 2상의 게이트 신호가 하이면 기준 전류는 18A로 설정할 수 있다. 기준전류와 전류 센서로부터 획득 한 전류 값의 차이가 정상 범위 이내(406)라면, 현재의 위치를 기준위치로 설정(407))하고, 변속 위치 제어에 이용한다. 기준전류와 전류 센서로부터 획득 한 전류 값의 차이가 정상 범위 이상 차이 나면, SCU 혹은 SRM고장으로 판단(408)한다. 운전자의 변속지령을 수신(409)하면, 변속 제어를 진행완료(410)한다. 위치센서로부터의 변속위차와 인히비터 스위치신호로부터의 변속위치를 비교(411)하고, 변속위치가 같으면, 변속 완료 플래그(Flag)를 띄우고(412), 차량 정상 주행(413)이 가능해진다. 변속위치가 다르면 402번항목부터 다시 진행한다. N(No)-Loop가 2번 이상 반복되면, 위치센서 혹은 인히비터 스위치의 고장으로 판단(414)한다.
도 5와 같이, 모터 정렬 및 회전시 게이트 신호가 변하게 되고, 모터의 회전에 따라 모터 전류의 값도 계속 변한다. 이후, 모터(200)가 회전을 멈추면 게이트 신호가 510과 같이 유지된다. 게이트 신호가 유지되면, 모터 전류 값이 기준전류까지 상승하게 된다. 510에서 V 상 및 W 상 게이트 신호가 하이인바, 2 개 상의 기준전류인 19A로 기준전류를 설정한다. 이후, 모터 전류 값과 기준전류인 19 A의 차이가 정상 범위인 것을 확인하고, 해당 위치를 기준위치로 설정하고, 초기위치플래그(Initial position Flag)를 띄우고, 해당 위치를 샤프트의 위치(Shaft Position)를 기준위치인 0으로 설정한다.
상기와 같은 과정을, 게이트 신호의 변화량과 전류를 이용하여 모터의 기준위치를 정확하게 설정할 수 있다. 또한, 위치센서 종류, 전류센서 종류에 상관없이 적용이 가능하고, 게이트 신호(Gate-signal)의 변화량과 기준전류와의 비교를 이용하여, 제어기(SCU) 혹은 모터의 고장 판단이 가능하다. 나아가, 기어 변속 시, 기준위치로부터 얻어지는 위치센서 값과 인히비터 스위치 신호를 비교하여, 위치센서 혹은 인히비터 스위치의 고장을 판단할 수 있고, 이를 통해, 값비싼 듀얼 다이(Dual Die) 위치센서, 자가 고장 판단 기능이 탑재 된 위치센서, 위치센서 고장 판단 기능이 있는 IC를 사용하지 않고 모터를 정확하고 안전하게 제어할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 제어 방법의 흐름도이고, 도 7 내지 도 11은 본 발명의 실시예에 따른 모터 제어 방법의 흐름도다. 본 발명의 실시예에 따른 모터 제어 방법의 각 단계에 대한 상세한 설명은 도 1 내지 도 5의 모터 제어 장치에 대한 상세한 설명에 대응하는바, 이하 중복되는 설명은 생략하도록 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 모터 제어 방법은 모터의 위치를 초기화함에 있어서, 하기의 단계를 수행한다.
S11 단계에서 모터의 회전자를 정렬한다. 모터의 회전자를 정렬하는 S11 단계는 차량의 시동시 수행될 수 있다. 이후, S12 단계에서 상기 모터를 일 방향으로 회전시킨다. 이때, 상기 모터를 시계방향 또는 반시계방향으로 회전시킬 수 있다. 모터를 회전시키며, S13 단계에서 현재 게이트 신호가 이전 게이트 신호와 같은지 판단한다. 여기서, 게이트 신호는 상기 모터를 구동하도록 3 상 동작하는 3 상 FET에 인가되는 게이트 신호이고, 각 상의 게이트 신호를 개별 판단하여 상기 현재 게이트 신호가 이전 게이트 신호와 같은지 판단할 수 있다. S13 단계에서 현재 게이트 신호가 이전 게이트 신호와 같다면, S14 단계에서 현재 하이 상태인 게이트 신호의 개수에 따라 기준전류를 설정한다. 이후, S15 단계에서 모터 전류를 센싱하고, 센싱한 모터 전류와 상기 기준전류를 비교하고, S15 단계의 비교결과, 상기 모터 전류와 상기 기준전류의 차가 제1 임계값보다 작으면, S16 단계에서 현재 위치를 모터의 기준위치로 설정한다.
S15 단계의 비교결과, 상기 모터 전류와 상기 기준전류의 차가 상기 제1 임계값보다 크면, S21 단계에서 상기 모터 또는 제어부의 고장으로 판단할 수 있다.
S16 단계에서 현재 위치를 모터의 기준위치로 설정하면, S31 단계에서 운전자로부터 입력받은 변속명령에 따라 상기 기준위치를 기준으로 변속 제어를 수행할 수 있다.
운전자로부터 입력받은 변속명령에 따라 상기 기준위치를 기준으로 변속 제어를 수행함에 있어서, S41 단계에서 상기 모터의 위치를 측정하는 위치센서가 측정한 제1 변속위치와 인히비터 스위치신호로부터 수신한 제2 변속위치를 비교하고, S41 단계의 비교결과, 상기 제1 변속위치와 상기 제2 변속위치의 차이가 제2 임계값보다 작으면, S42 단계에서 변속을 완료한다.
S41 단계의 비교결과, 상기 제1 변속위치와 상기 제2 변속위치의 차이가 상기 제2 임계값보다 크면, S51 단계에서 상기 모터를 일 방향으로 회전시키는 단계 내지 상기 현재 위치를 모터의 기준위치로 설정하는 단계를 반복한다. 상기 모터를 일 방향으로 회전시키는 단계 내지 상기 현재 위치를 모터의 기준위치로 설정하는 단계를 반복한 횟수가 미리 설정된 횟수 이상인 경우, S52 단계에서 상기 위치 센서 또는 상기 인히비터 스위치의 고장으로 판단할 수 있다.
S11 단계의 모터의 회전자를 정렬하는 단계는, S61 단계의 3 상으로 동작하는 3 상 FET 중 한 상 이상의 FET를 턴온하는 단계를 포함할 수 있고, S13 단계의 상기 현재 게이트 신호가 이전 게이트 신호와 같은지 판단하는 단계는 S62 단계의 상기 현재 게이트 신호가 이전 게이트 신호와 같은 상태가 미리 설정된 시간동안 유지되는지 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예들은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다.
컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고 본 발명을 구현하기 위한 기능적인(functional) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술 분야의 프로그래머들에 의하여 용이하게 추론될 수 있다.
본 실시 예와 관련된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상기된 기재의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 방법들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 모터 제어 장치
110: 3 상 FET
120: 제어부
130: 전류센서
140: 위치센서
200: 모터
300: 인히비터 스위치

Claims (18)

  1. 모터의 회전자를 정렬하는 단계;
    상기 모터를 일 방향으로 회전시키는 단계;
    현재 게이트 신호가 이전 게이트 신호와 같은지 판단하는 단계;
    현재, 하이 상태인 게이트 신호의 개수에 따라 기준전류를 설정하는 단계;
    모터 전류를 센싱하고, 센싱한 모터 전류와 상기 기준전류를 비교하는 단계; 및
    상기 모터 전류와 상기 기준전류의 차가 제1 임계값보다 작으면, 현재 위치를 모터의 기준위치로 설정하는 단계를 포함하고,
    상기 게이트 신호는 상기 모터를 구동하도록 3 상 동작하는 3 상 FET에 인가되는 게이트 신호인 모터 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 모터 전류와 상기 기준전류의 차가 상기 제1 임계값보다 크면, 상기 모터 또는 제어부의 고장으로 판단하는 단계를 포함하는 모터 제어 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    운전자로부터 입력받은 변속명령에 따라 상기 기준위치를 기준으로 변속 제어를 수행하는 단계를 포함하는 모터 제어 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 모터의 위치를 측정하는 위치센서가 측정한 제1 변속위치와 인히비터 스위치로부터 수신한 제2 변속위치를 비교하는 단계; 및
    상기 제1 변속위치와 상기 제2 변속위치의 차이가 제2 임계값보다 작으면, 변속을 완료하는 단계를 포함하는 모터 제어 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 변속위치와 상기 제2 변속위치의 차이가 상기 제2 임계값보다 크면, 상기 모터를 일 방향으로 회전시키는 단계 내지 상기 현재 위치를 모터의 기준위치로 설정하는 단계를 반복하는 모터 제어 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 모터를 일 방향으로 회전시키는 단계 내지 상기 현재 위치를 모터의 기준위치로 설정하는 단계를 반복한 횟수가 미리 설정된 횟수 이상인 경우, 상기 위치 센서 또는 상기 인히비터 스위치의 고장으로 판단하는 단계를 포함하는 모터 제어 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 모터의 회전자를 정렬하는 단계는 차량의 시동시 수행되는 모터 제어 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 모터의 회전자를 정렬하는 단계는,
    3 상으로 동작하는 3 상 FET 중 한 상 이상의 FET를 턴온하는 단계를 포함하는 모터 제어 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 현재 게이트 신호가 이전 게이트 신호와 같은지 판단하는 단계는,
    각 상의 게이트 신호를 개별 판단하여 상기 현재 게이트 신호가 이전 게이트 신호와 같은지 판단하는 모터 제어 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 현재 게이트 신호가 이전 게이트 신호와 같은지 판단하는 단계는,
    상기 현재 게이트 신호가 이전 게이트 신호와 같은 상태가 미리 설정된 시간동안 유지되는지 판단하는 단계를 포함하는 모터 제어 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 모터를 일 방향으로 회전시키는 단계는,
    상기 모터를 시계방향 또는 반시계방향으로 회전시키는 모터 제어 방법.
  12. 기어 변속을 수행하는 모터를 구동하도록 3 상 동작하는 3 상 FET; 및
    상기 3 상 FET를 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 모터의 회전자를 정렬하고, 상기 모터를 일 방향으로 회전시키고, 현재 3 상 FET의 게이트 신호가 이전 게이트 신호와 같은지 판단하고, 현재, 하이 상태인 게이트 신호의 개수에 따라 기준전류를 설정하고, 모터 전류를 센싱하고, 센싱한 모터 전류와 상기 기준전류를 비교하며, 상기 모터 전류와 상기 기준전류의 차가 제1 임계값보다 작으면, 현재 위치를 모터의 기준위치로 설정하는 모터 제어 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 모터 전류와 상기 기준전류의 차가 상기 제1 임계값보다 크면, 상기 모터 또는 상기 제어부의 고장으로 판단하는 모터 제어 장치.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 제어부는,
    운전자로부터 입력받은 변속명령에 따라 상기 기준위치를 기준으로 변속 제어를 수행하는 모터 제어 장치.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 모터의 위치를 측정하는 위치센서를 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 위치센서가 측정한 제1 변속위치와 인히비터 스위치로부터 수신한 제2 변속위치를 비교하여 상기 제1 변속위치와 제2 변속위치의 차이가 제2 임계값보다 작으면, 변속을 완료하는 모터 제어 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1 변속위치와 제2 변속위치의 차이가 상기 제2 임계값보다 크면, 상기 모터를 정렬하는 과정 내지 상기 현재 위치를 모터의 기준위치로 설정하는 과정을 반복하고,
    상기 모터를 정렬하는 과정 내지 상기 현재 위치를 모터의 기준위치로 설정하는 과정을 반복한 횟수가 미리 설정된 횟수 이상인 경우, 상기 위치 센서 또는 상기 인히비터 스위치의 고장으로 판단하는 모터 제어 장치.
  17. 제12항에 있어서,
    상기 제어부는,
    차량 시동시 상기 3 상 FET 중 한 상 이상의 FET를 턴온하여 상기 모터의 회전자를 정렬하는 모터 제어 장치.
  18. 제12항에 있어서,
    상기 제어부는,
    각 상의 게이트 신호를 개별 판단하여 상기 현재 게이트 신호가 이전 게이트 신호와 같은 상태가 미리 설정된 시간동안 유지되는지 판단하는 모터 제어 장치.
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