KR100885683B1

KR100885683B1 - 브러시형 직류 모터의 알피엠 측정장치 및 방법

Info

Publication number: KR100885683B1
Application number: KR1020070033400A
Authority: KR
Inventors: 김형수; 임재규; 최정령; 김해진
Original assignee: (주)모토닉
Priority date: 2007-04-04
Filing date: 2007-04-04
Publication date: 2009-02-26
Also published as: KR20080090192A

Abstract

본 발명은 브러시형 직류 모터의 알피엠 측정장치 및 방법에 관한 것으로서, 모터로 공급되는 전류를 측정하여 기준전압과 비교를 통해 과전류를 검출하는 과전류검출 비교기, 모터의 역기전력을 검출하는 역기전력 검출부 및 모터를 회전시켜 주는 모터 스위칭 신호와 속도 데이터를 혼합하여 구동제어신호를 출력한 후, 상기 과전류가 검출되는 경우 모터의 구동을 오프 제어하고, 상기 검출한 역기전력을 통해 모터의 회전 알피엠을 판단하여 구동제어신호의 가변 유무를 결정하는 모터 컨트롤러를 포함하는 장치 및 방법을 제공함으로써, 브러시형 직류 모터의 알피엠(rpm)의 측정이 가능하여 연료펌프에 공급하는 유량을 일정하게 유지하도록 하고, 브러시형 직류 모터의 이상상태 여부를 진단하여 그에 따라 경보음 등으로 사용자에게 알려주도록 하는 효과가 있다.

브러시형 직류 모터, 역기전력

Description

브러시형 직류 모터의 알피엠 측정장치 및 방법{Apparatus and method of Measuring RPM for Brushed DC Motor}

도 1은 종래 브러시형 직류 모터를 구동하기 위한 장치의 구성을 간략하게 보인 예시도.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 브러시형 직류 모터를 구동하기 위한 장치의 구성을 간략하게 보인 예시도.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 브러시형 직류 모터의 알피엠 측정을 위한 구성을 보인 회로도.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 브러시형 직류 모터의 알피엠 측정에 따른 제어 과정을 보인 흐름도.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 비교기에 입력되는 역기전력 파형을 보인 그래프.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 하이패스필터에서 DC 성분이 제거되는 과정을 보인 그래프.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 모터 컨트롤러에서 인식되는 모터 회전수의 출력 파형을 보인 그래프.

**도면에 사용된 주요부호에 대한 설명**

100 : DC 모터 110, 200 : 제어부

120, 230 : 모터 컨트롤러 130 : 모터 스위치부

140 : 센싱 저항부 150, 210 : 과전류검출 비교기

220 : 역기전력 검출부 222 : 하이패스필터

본 발명은 브러시형 직류 모터의 알피엠 측정장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 역기전력을 이용하여 브러시형 직류 모터의 알피엠(rpm)을 측정하여 연료펌프에 공급하는 유량을 일정하게 유지하도록 하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 가스를 연료로 사용하는 자동차에서 연료탱크에 저장되어 있는 가스 연료를 연료펌프를 이용하여 엔진에 공급하였다.

이때 자동차의 속도 등을 고려하여 펌프의 회전속도를 제어함으로써 엔진에 공급되는 가스의 양을 조절한다.

상기 연료펌프를 구동시켜 주는 모터는 높은 효율과 장 수명 및 신뢰성 확보를 위하여 BLDC 모터(Brushless DC Motor)를 이용하는데, 특히 센서가 없는 BLDC 모터를 사용하는 것이 일반적인데, 대부분 DC 전압 또는 펄스폭 변조(PWM) 신호를 이용하여 모터를 구동한다.

도 1은 종래 브러시형 직류 모터를 구동하기 위한 장치의 구성을 간략하게 보인 예시도이다.

도 1에 도시된 바와 같이 Non-feedback 시스템으로, 연료펌프를 회전시켜주는 DC 모터(100)를 구동시켜주는 모터 스위치부(130), ECU(미도시)로부터 차속에 따라 설정된 DC 모터(100)의 설정속도 데이터를 받아 상기 DC 모터(100)의 현재 속도 데이터와 비교하여 증가 또는 감소된 속도 데이터를 출력하는 제어부(110), 상기 DC 모터(100)를 회전시켜 주는 모터 스위칭 신호와 상기 제어부(110)에서 출력된 속도 데이터를 혼합하여 구동 제어 신호를 출력하는 모터 컨트롤러(120), 전원부(미도시)로부터 인가받은 전원을 상기 모터 컨트롤러(120)에서 출력된 구동 제어 신호로 스위칭하여 상기 DC 모터(100)를 회전시켜 주는 모터 스위치부(130) 및 상기 전원부로부터 입력되는 전원으로부터 과전압을 검출하여 안정된 구동 전압으로 공급해 주는 과전류검출 비교기(150)로 구성된다.

상기와 같이 구성된 종래의 모터 구동장치의 동작을 살펴보면, 제어부(110)에서 차량 속도 신호를 모터 컨트롤러(120)로 전송하면 모터 컨트롤러(120)는 DC 모터(100)를 구동하기 위한 펄스폭 변조 신호를 모터 스위치부(130)로 전송하여 차량 속도 신호에 비례하는 속도로 DC 모터(100)를 회전시킨다. 이때 발생되는 센싱 저항부(140)의 전압을 측정하여 과전류검출 비교기(150)가 기준전압과 비교하여 과전류 발생 시 상기 모터 컨트롤러(120)에 신호를 출력하여 DC 모터(100)의 구동을 정지시킨다.

그러나, 상기와 같은 종래 기술은 모터 컨트롤러에서 차량 속도 신호에 비례하는 구동신호를 출력하면 DC 모터는 단순히 그에 맞는 속도로 회전을 하기 때문에 DC 모터에 부하가 걸리게 되면 속도가 감소하게 되며 전류 소모도 크게 되고, 알피엠을 따로 측정하지 않기 때문에 DC 모터의 회전속도를 알 수가 없어 차량의 연료펌프에 공급되는 유량을 일정하게 유지할 수 없는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 창안한 것으로서, 역기전력을 이용하여 브러시형 직류 모터의 알피엠(rpm)을 측정하여 연료펌프에 공급하는 유량을 일정하게 유지하도록 하는 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

또 다른 목적으로는 브러시형 직류 모터의 이상상태 여부를 진단하여 그에 따라 경보 등을 사용자에게 알려주도록 하는 장치 및 방법을 제공하는데 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 브러시형 직류 모터의 알피엠 측정장치는, 모터로 공급되는 전류를 측정하여 기준전압과 비교를 통해 과전류를 검출하는 과전류검출 비교기, 모터의 역기전력을 검출하는 역기전력 검출부 및 모터를 회전시켜 주는 모터 스위칭 신호와 속도 데이터를 혼합하여 구동제어신호를 출력한 후, 상기 과전류가 검출되는 경우 모터의 구동을 오프 제어하고, 상기 검출 한 역기전력을 통해 모터의 회전 알피엠을 판단하여 구동제어신호의 가변 유무를 결정하는 모터 컨트롤러를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 브러시형 직류 모터의 알피엠 측정방법은, 속도 데이터에 따른 모터 구동제어신호를 출력한 후 모터의 역기전력에 따른 펄스파를 검출한 후, 모터의 회전수를 파악하여 그에 따라 모터 구동제어신호의 가변유무를 결정하는 구동신호가변단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 구성을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 브러시형 직류 모터를 구동하기 위한 장치의 구성을 간략하게 보인 예시도이다.

도 2에 도시한 바와 같이 연료펌프를 회전시켜주는 브러시형 직류 모터(이하 DC 모터라 함, 100)를 구동시켜주는 모터 스위치부(130), ECU(미도시)로부터 차속에 따라 설정된 DC 모터(100)의 설정속도 데이터를 받아 상기 DC 모터(100)의 현재 속도 데이터와 비교하여 증가 또는 감소된 속도 데이터를 출력하는 제어부(200), 상기 DC 모터로 공급되는 전류를 측정하여 기준전압과 비교를 통해 과전류를 검출하는 과전류검출 비교기(210), DC 모터(100)의 역기전력을 검출하는 역기전력 검출부(220) 및 상기 DC 모터(100)를 회전시켜 주는 모터 스위칭 신호와 속도 데이터를 혼합하여 구동제어신호를 출력한 후, 상기 과전류가 검출되는 경우 DC 모터(100)의 구동을 오프 제어하고, 상기 검출한 역기전력을 통해 DC 모터(100)의 회전 알피엠 을 판단하여 구동제어신호의 가변 유무를 결정하는 모터 컨트롤러(230)로 구성한다.

상기 과전류검출 비교기(210)는 도 3에 도시한 바와 같이 입력 전원의 고주파 신호를 제거하는 로우패스필터(211) 및 기준전압과 상기 로우패스필터(211)의 출력을 비교하여 출력하는 제1 비교기(212)로 구성한다.

또한, 상기 역기전력 검출부는(220) 도 3에 도시한 바와 같이 기준전압과 역기전력을 비교하여 펄스신호를 생성하는 제2 비교기(221) 및 상기 제2 비교기(221)의 펄스신호에서 DC 성분을 제거하여 출력하는 하이패스필터(222)로 구성한다.

이와 같이 구성한, 본 발명의 실시예에 따른 동작 과정을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 브러시형 직류 모터의 알피엠 측정에 따른 제어 과정을 보인 흐름도이다.

도 4에 도시한 바와 같이 모터 컨트롤러(230)는 속도 데이터에 따른 모터 구동제어신호를 모터 스위칭부(130)로 출력한다.(Step 100)

이후, 역기전력 검출부(220)는 도 5에 도시한 바와 같은 DC 모터(100)의 역기전력에 따른 펄스파를 검출한 후, 도 6에 도시한 바와 같이 하이패스필터(222)에서 펄스파에서 DC 성분을 제거하여 출력하면 모터 컨트롤러(230)는 DC 모터(100)의 회전수를 파악하는데(Step 200), 이때 상기 DC 모터(100)의 회전수는 도 7에 도시한 바와 같이 펄스파에 임의의 상수(예를 들어 60)를 곱하여 최종적으로 파악한다.

상기 단계(Step 200)에 따라 검출한 DC 모터(100)의 회전 알피엠(rpm)이 속도에 비례한 회전수인가를 판단하며(Step 300), 이 판단결과 비례한 회전수가 아닌 경우 속도에 비례한 회전수와 일치하도록 구동제어신호를 가변한다(Step 400). 예를 들어 속도에 비례한 모터 회전수가 1200 rpm이라 가정하면 파악된 회전 알피엠이 1600 rpm인 경우 모터 스위치부(130)에 인가되는 구동제어신호의 크기를 작게 가변하고, 반대로 회전 알피엠이 800 rpm인 경우에는 구동제어신호의 크기를 크게 가변한다.

상기 구동제어신호를 가변 출력한 후 모터 컨트롤러(230)는 다시 측정한 DC 모터(100)의 회전수가 속도에 비례한 회전수인가를 다시 판단하고(Step 500), 판단결과 속도에 비례한 회전수가 아닌 경우 설정한 회전 오차범위에 해당하는가를 판단한다(Step 600).

상기 단계(Step 600)의 판단결과 회전 오차범위에 해당하지 않는 경우 고장으로 판단하여 이상신호를 제어부(200)를 통해 사용자에게 출력한다(Step 700).

예를 들어 속도에 비례한 모터 회전수가 1200 rpm이고, 회전 오차범위가 10%라 가정하면 다시 측정한 모터 회전수가 1080 rpm ~ 1320 rpm의 범위를 벗어나는 경우에는 DC 모터(100)의 고장으로 판단한다.

또한, 상기 모터 컨트롤러(230)는 과전류검출 비교기(210)에서 과전류가 검출되면 DC 모터(100)의 구동을 오프 제어한다(Step 800 ~ Step 900).

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 브러시형 직류 모터의 알피엠 측정장치 및 방법은, 역기전력을 이용하여 브러시형 직류 모터의 알피엠(rpm)의 측정이 가능하여 연료펌프에 공급하는 유량을 일정하게 유지하도록 하고, 브러시형 직류 모터의 이상상태 여부를 진단하여 그에 따라 경보음 등으로 사용자에게 알려주도록 하는 효과가 있다.

Claims

모터로 공급되는 전류를 측정하여 기준전압과 비교를 통해 과전류를 검출하도록, 입력 전원의 고주파 신호를 제거하는 로우패스필터 및 기준전압과 상기 로우패스필터의 출력을 비교하여 출력하는 제1 비교기를 포함하는 과전류검출 비교기,

모터의 역기전력을 검출하도록, 기준전압과 역기전력을 비교하여 펄스신호를 생성하는 제2 비교기 및 상기 제2 비교기의 펄스신호에서 DC 성분을 제거하여 출력하는 하이패스필터를 포함하는 역기전력 검출부 및

모터를 회전시켜 주는 모터 스위칭 신호와 속도 데이터를 혼합하여 구동제어신호를 출력한 후, 상기 과전류가 검출되는 경우 모터의 구동을 오프 제어하고, 상기 검출한 역기전력을 통해 모터의 회전 알피엠을 판단하여 구동제어신호의 가변 유무를 결정하는 모터 컨트롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 브러시형 직류 모터의 알피엠 측정장치.
제1항에 있어서, 상기 모터 컨트롤러는

구동제어신호를 가변출력 후 모터의 회전수가 회전 오차범위를 벗어나는 경우 고장으로 판단하여 이상신호를 사용자에게 출력하는 것을 특징으로 하는 브러시형 직류 모터의 알피엠 측정장치.
삭제
삭제
속도 데이터에 따른 모터 구동제어신호를 출력한 후 모터의 역기전력에 따른 펄스파를 검출한 후, 모터의 회전수를 파악하여 그에 따라 모터 구동제어신호의 가변유무를 결정하는 구동신호 가변단계를 포함하고,

상기 구동신호가변단계는 검출된 역기전력을 통해 모터의 회전 알피엠을 파악한 후 속도에 비례한 회전수인가를 판단하는 단계,

과전류가 검출 유무에 따라 모터의 구동을 오프 제어하는 단계,

구동제어신호를 가변한 후 모터의 회전수가 속도에 비례한 회전수인가를 판단하는 단계,

속도에 비례한 회전수가 아닌 경우 설정한 회전 오차범위에 해당하는가를 판단하는 단계 및

회전 오차범위에 해당하지 않는 경우 고장으로 판단하여 이상신호를 사용자에게 출력하는 단계

를 포함하는 것을 특징으로 하는 브러시형 직류 모터의 알피엠 측정방법.
삭제
삭제
제5항에 있어서,

상기 모터의 회전수는 펄스파에 임의의 상수를 곱하여 파악하는 것을 특징으로 하는 브러시형 직류 모터의 알피엠 측정방법.