KR101694047B1 - 모터 제어 방법 - Google Patents

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류창석
강민수
김성도
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현대자동차주식회사
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Abstract

제어부에서 모터의 구동신호를 인식하는 구동신호인식단계; 제어부에서 구동신호를 인식한 경우, 제어부에서 모터에 마련된 복수의 홀센서로부터 감지된 감지신호를 이용하여 모터 홀센서의 고장유무를 판단하는 홀센서고장 판단단계; 및 모터의 홀센서가 고장인 것으로 판단된 경우, 제어부에서 복수의 홀센서 감지신호의 주파수를 각각 분석함으로써 복수의 홀센서 중 고장난 홀센서를 식별하는 판별단계;를 포함하는 모터 제어 방법이 소개된다.

Description

모터 제어 방법{CONTROL METHOD OF MOTOR}
본 발명은 모터 홀센서의 고장 여부를 정확하게 파악할 수 있고, 일부 홀센서에 고장이 있다고 하더라도 적절하게 모터를 제어할 수 있는 모터 제어 방법에 관한 것이다.
일반적인 3상 모터는 고정자 측에 설치되어 있는 3상의 코일과 회전자 측에 착자되어 있는 영구 자석을 포함한다.
3상 모터의 구동회로는 고정자측의 코일의 각 상으로 전류를 흘려주며, 모터의 회전자는 구동회로로부터 공급되는 전류에 기초한 자계에 의해 회전한다. 모터의 회전자를 한쪽 방향으로 계속해서 회전시키기 위해서는 회전자의 위치를 검출하고, 검출된 회전자의 위치에 따라 코일의 각 상에 흐르는 전류의 방향을 전환시키기 위한 스위칭 소자들을 순차적으로 온, 오프 시켜야 한다.
이때, 회전자의 자계에 의해 형성되며 위상이 120도 차이가 나는 3개의 신호를 통해 회전자의 정확한 위치를 알 수 있는데, 이러한 3개의 홀 신호는 홀 센서나 홀 IC등과 같은 홀 검출기를 통해 검출된다.
따라서 모터와 그 구동회로는 홀 센서들로부터 회전자의 위치 정보를 얻어야 구동할 수 있다. 그러나 이와 같은 홀 센서들은 쉽게 파손될 뿐만 아니라 온도 등 외부 요인에 따라서도 쉽게 발생하여 모터의 오작동을 야기한다는 문제점이 있었다.
따라서 모터의 오작동을 방지하기 위한 고장 진단 제어 방법으로 KR 2014-1348635 B1 "유도전동기 회전자의 고장 진단 장치 및 방법"에서는 MDL(Minimum Description Length) 기법을 이용하여 고유값을 분석하고, 잡음 고유값보다 크기가 큰 신호 고유값들의 개수를 새로운 고장 지표로 사용하여 고장 진단을 완벽하게 수행할 수 있는 방법을 제시하고 있다. 그러나, 이를 통하여 모터 내에 위치하여 있는 홀 센서의 고장까지 감지할 수는 없는바 여전히 문제점은 해결되지 않았다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
KR 2014-1348635 B1
본 발명은 모터에 마련되는 각각의 홀센서 고장여부를 판단할 수 있고, 이를 이용하여 모터가 고장난 경우에도 적절하게 모터 제어를 할 수 모터 제어 방법을 제공하는데 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 모터 제어 방법은 제어부에서 모터의 구동신호를 인식하는 구동신호인식단계; 제어부에서 구동신호를 인식한 경우, 제어부에서 모터에 마련된 복수의 홀센서로부터 감지된 감지신호를 이용하여 모터 홀센서의 고장유무를 판단하는 홀센서고장 판단단계; 및 모터의 홀센서가 고장인 것으로 판단된 경우, 제어부에서 복수의 홀센서 감지신호의 주파수를 각각 분석함으로써 복수의 홀센서 중 고장난 홀센서를 식별하는 판별단계;를 포함한다.
홀센서 고장 판단단계는, 제어부에서 구동신호를 인식한 경우, 제어부에서 모터에 마련된 복수의 홀센서로부터 감지신호를 수신하고 복수의 감지신호가 모두 동일한 경우 복수의 홀센서 중 어느 하나 이상의 홀센서가 고장인 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다.
홀센서고장 판단단계 이후에는, 모터에 마련된 복수의 홀센서가 정상이라고 판단된 경우, 모터의 구동에 의하여 발생하는 전류지령값과 모터제어 전류값의 차이값인 전류차이값을 산출하는 전류차이 산출단계; 및 산출한 전류차이값이 미리 설정되어 있는 전류차이기준값을 초과하는 경우에는, 제어부에서 모터의 구동을 정지시키는 모터구동정지단계;를 포함한다.
전류차이 산출단계 이후에는, 전류차이값이 미리 설정되어 있는 전류차이기준값 이하인 경우에는, 제어부에서 모터의 구동신호를 인식한 때부터의 경과시간인 제1경과시간과 미리 설정되어 있는 제1기준시간을 비교하는 제1기준시간 비교단계; 제1경과시간이 제1기준시간을 초과하는 경우에는 제어부에서 모터의 구동에 의하여 발생하는 회전속도 지령값과 모터의 회전 속도값의 차이값인 회전속도차이값을 산출하는 회전속도차이 산출단계; 및 산출한 회전속도차이값이 미리 설정되어 있는 회전속도차이기준값을 초과하는 경우에는 제어부에서 고장난 홀센서를 판별하는 판별단계;를 포함한다.
회전속도차이 산출단계 이후에는, 산출한 회전속도차이값이 미리 설정되어 있는 회전속도차이기준값 이하인 경우에는 제어부에서 모터의 홀센서가 정상상태라고 판별하는 정상판별단계;를 포함한다.
판별단계는 제어부에서 모터 고정자 회전속도를 미리 설정되어 있는 목표회전속도값까지 증가시키는 회전속도증가단계; 모터 고정자 회전속도가 목표회전속도값에 도달한 후, 제어부에서 모터에 마련된 각 홀센서로부터 감지되는 주파수값 신호를 수신하는 주파수신호수신단계; 수신한 각 홀센서의 주파수값과 주파수기준값의 차이값인 주파수차이값을 산출하는 주파수차이 산출단계; 및 산출한 홀센서별 주파수차이값이 미리 설정되어 있는 주파수차이기준값 이상인 경우에는 제어부에서 해당 홀센서를 고장상태라고 판별하는 고장판별단계;를 포함한다.
주파수차이 산출단계 이후에는, 산출한 홀센서별 주파수차이값이 미리 설정되어 있는 주파수차이기준값 미만인 경우에는 산출한 홀센서별 주파수차이값이 주파수차이기준값 미만에 해당된 때부터의 경과시간인 제2경과시간과 미리 설정되어 있는 제2기준시간을 비교하는 제2기준시간 비교단계; 및 제2경과시간이 제2기준시간 이하인 경우에는 제어부에서 해당 홀센서를 고장상태라고 판별하는 고장판별단계;를 포함한다.
제2기준시간 비교단계 이후에는, 제2경과시간이 제2기준시간을 초과하는 경우에는 제어부에서 해당 홀센서를 정상상태라고 판별하는 정상판별단계;를 포함한다.
판별단계 이후에는, 모터에 정상상태인 홀센서가 존재하는 경우에는, 제어부에서 정상상태로 판별된 홀센서의 신호를 수신하는 정상신호수신단계; 제어부에서 수신한 홀센서 신호가 변하는 경우, 변화량을 이용하여 모터의 회전속도 및 로터의 위치를 산출하는 속도 및 위치 산출단계; 및 산출한 모터의 회전속도와 로터의 위치를 이용하여 모터제어전류값을 산출하는 제어전류 산출단계;를 포함한다.
제어전류 산출단계 이후에는, 제어부에서 미리 설정되어 있는 전류기준값과 모터제어전류값의 차이값인 전류차이값을 산출하는 전류차이 산출단계; 및 산출한 전류차이값이 미리 설정되어 있는 전류차이기준값을 초과하는 경우에는, 제어부에서 모터의 구동을 정지시키는 모터구동정지단계;를 포함한다.
제어부에서 모터의 구동신호를 인식한 경우 모터에 마련된 복수의 홀센서로부터 감지신호를 수신하고, 복수의 감지신호가 모두 동일한 경우에는 제어부에서 복수의 홀센서 감지신호의 주파수를 각각 분석함으로써 복수의 홀센서 중 고장난 홀센서를 식별하는 것을 특징으로 하는 모터 제어 방법을 포함한다.
상술한 바와 같이 이용하면 아래와 같은 효과를 얻을 수 있다.
첫째, 모터가 정지해 있는 상태에서도 모터 홀센서의 고장 진단이 가능하다.
둘째, 모터에 마련되는 홀센서 각각의 고장유무를 판별할 수 있으므로 모터의 고장진단 정확성이 향상된다.
셋재, 모터 홀센서중 일부가 고장난 경우에 모터를 적절하게 제어할 수 있는 방법이 제시되어 있으므로 홀센서 일부가 고장상태에서도 안정적으로 모터의 구동이 가능하다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 홀센서 고장 진단을 위한 모터 제어 방법의 순서도
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 일부 홀센서 고장시 모터 제어 방법의 순서도
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 홀센서가 정상인 경우와 고장인 경우의 홀센서 신호 비교표
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 살펴본다.
일반적으로 모터에는 영구자석이 장착된 회전자인 로터의 위치 및 속도 파악을 위하여 센서가 마련된다. 고가의 구동계 무터에서는 정밀도가 뛰어난 레졸버 센서를 사용하지만 일반적인 펌프 및 압축기, 블로워에 사용되는 모터에는 가격이 저렴한 홀센서를 사용한다. 그러나 홀센서 신호는 센서 출력 신호만으로 센서의 이상 여부를 판정하기 어렵다는 단점이 있다. 따라서 본 발명의 도1에서는 모터 홀센서의 고장을 감지할 수 있는 모터 제어 방법을 제시하고 있다.
도1에서 볼 수 있듯이 본 발명에 따른 모터 제어 방법은 제어부에서 모터의 구동신호를 인식하는 구동신호인식단계(S100); 제어부에서 구동신호를 인식한 경우, 제어부에서 모터에 마련된 복수의 홀센서로부터 감지된 감지신호를 이용하여 모터 홀센서의 고장유무를 판단하는 홀센서고장 판단단계(S200); 및 모터의 홀센서가 고장인 것으로 판단된 경우, 제어부에서 복수의 홀센서 감지신호의 주파수를 각각 분석함으로써 복수의 홀센서 중 고장난 홀센서를 식별하는 판별단계(S700);를 포함할 수 있다.
본 발명에 따를 경우가 모터가 정지해 있는 상태에서 모터 구동신호를 인식한 경우, 제어부에서 모터에 마련된 복수의 홀센서 고장 유무를 판단하는 홀센서고장 판단단계(S200)를 거치게 되는데, 본 단계에서는 모터에 마련된 홀센서중 구체적으로 어떤 홀센서가 고장이 있는 것인지를 판단하는 것은 아니다. 구체적으로 어떤 홀센서가 고장이 있는 것인지는 본 단계 이후에 판단을 하므로 본 단계에서는 단순히 모터 홀센서에 고장이 있는지 없는지만을 판단한다. 모터홀센서가 모두 정상인 경우에는 각각의 모터홀센서별로 고장진단을 할 필요가 없으므로 판별단계(S700) 이전에 본 단계를 두어 모든 모터홀센서가 정상인 경우에는 별도로 모터 제어를 수행한다.
홀센서고장 판단단계(S200)는 다양한 방식으로 수행이 가능할 것이다. 모터의 회전속도 혹은 모터의 구동에 의하여 발생하는 전류의 변화량을 이용하여도 모터 홀센서의 고장 유무를 판단할 수 있을 것이다. 본 발명에서는 이에 대한 하나의 방법으로써 모터에 마련된 복수의 홀센서가 동일한 감지신호를 전송하는 경우 제어부에서 홀센서에 고장이 있다고 판단하는 방법을 제시하고 있다. 홀센서는 종류에 따라 여러가지 신호의 전송이 가능하나 일반적으로 디지털 신호를 전송한다. 즉, 0 또는 1 혹은 OFF 또는 ON의 형태로 신호를 전송한다. 따라서 본 발명에서는 본 특성을 이용하여 홀센서고장 유무를 판별하는 방법을 제시하고자 한다.
앞서 기재하였듯 모터에 마련된 홀센서의 신호는 0 또는 1의 신호만을 전송할 수 있는 디지털 신호이다. 따라서 일반적으로 사용되는 3개의 홀센서를 가진 모터를 예로 들어 살펴보면 모든 홀센서가 정상인 경우 센서 신호값은 60도의 회전간격으로 변하게 된다. 즉, 홀센서의 신호값은 도3의 (a)에서 도시한 바와 같이 구성되므로 도3의 ①～⑥의 구간에는 어떠한 경우에도 홀센서 A,B,C가 모두 동일한 신호 즉 0 또는 1의 신호를 보내는 경우는 존재하지 않는다. 도3에서는 홀센서가 3개인 경우를 도시하고 있지만 홀센서가 3개 이상인 경우에도 모두 마찬가지로 모든 홀센서가 동일한 신호를 보내는 경우는 없을 것이다. 따라서 본 발명에 따를 경우 모터에 마련된 홀센서가 모두 동일한 신호를 송출하지 않는 경우에는 모터의 홀센서가 정상이라고 판단하고 단계를 진행하게 된다.
도1에서 볼 수 있듯이 모터에 마련된 복수의 홀센서가 정상이라고 판단된 경우, 모터의 구동에 의하여 발생하는 전류지령값과 모터제어 전류값의 차이값인 전류차이값을 산출하는 전류차이 산출단계(S300); 및 산출한 전류차이값이 미리 설정되어 있는 전류차이기준값을 비교하는 비교단계(S320)를 거치게 된다.
전류지령값은 모터의 구동에 의하여 발생하는 회전속도를 통하여 생성되는 값이다. 사용자가 목표로 하는 모터의 출력을 얻기 위하여 모터를 구동하는 경우, 모터의 회전속도지령값을 속도제어기를 통하여 전류지령값으로 변환 할 수 있다. 여기서 회전속도지령값이란 사용자가 모터의 출력을 얻기 위하여 임의로 설정하는 모터의 회전속도값을 의미한다. 따라서 사용자의 요구, 모터의 종류 및 상태에 따라 회전속도지령값은 다양한 값으로 존재할 수 있다. 이에 따라 전류지령값도 다양한 값으로 존재할 수 있을 것이다. 속도제어기도 다양한 형태로 존재할 수 있으나 일반적으로 많이 사용되는 PI 제어기를 이용하는 것이 가장 바람직할 것이다.
모터제어 전류값은 실제로 모터의 회전에 의하여 발생하는 전류값이므로 본 발명에서의 전류차이값이란 결국 사용자가 모터에 의하여 발생시키고자 하는 전류지령값과 실제 모터에 의하여 발생하는 전류값의 차이라고 볼 수 있다. 전류차이값이 크다면 모터가 자신의 역할을 적절하게 수행하고 있지 못한 것이므로 이 경우에는 별도의 제어가 필요하다. 본 단계에서 전류차이기준값은 미리 설정되어 있는 값으로 별도로 마련된 메모리부 혹은 제어부의 플래쉬 메모리부에 저장된다. 따라서 본 발명에서는 이러한 전류차이값이 전류차이기준값 즉, 허용할 수 있는 목표전류와 실제 모터에 흐르는 전류차이값을 초과하는 경우에는 모터구동을 정지시키는 모터구동정지단계(S340)를 두고 있다.
모터구동정지단계(S340)를 수행하기 위한 기준값인 전류차이기준값은 모터의 종류 및 모터가 사용되는 장치의 종류에 따라 다양하게 존재할 수 있을 것이다. 모터의 정확한 동작이 필수적이라면 전류차이기준값을 작게 설정하는 것이 좋을 것이며, 오차 허용 범위가 넓게 인정이 되는 장치라면 전류차이기준값을 크게 설정하여도 무방할 것이다.
다만, 전류차이기준값을 어떻게 잡던 전류차이산출단계(S300)에 의하여 산출된 전류차이값이 전류차이기준값을 초과하는 경우에는 전류 센서 혹은 3상 스위칭 회로의 고장으로 인해 전류 제어가 안 되는 상황으로 볼 수 있으므로 모터 구동이 불가능한바 본 발명에서는 안전성을 위하여 모터구동을 정지하도록 하고 있다.
앞서 설명한 산출한 전류차이값을 미리 설정되어 있는 전류차이기준값과 비교하는 단계(S320)에서 전류차이값이 전류차이기준값 이하인 경우에는, 도1에서 볼 수 있듯이 제어부에서 모터의 구동신호를 인식한 때부터의 경과시간인 제1경과시간과 미리 설정되어 있는 제1기준시간을 비교하는 제1기준시간 비교단계(S360); 및 제1경과시간이 제1기준시간을 초과하는 경우에는 모터의 구동에 의하여 발생하는 회전속도 지령값과 모터의 회전 속도값의 차이값인 회전속도차이값을 산출하는 회전속도차이 산출단계(S370);를 수행하게 된다.
앞서 설명한 제1기준시간 비교단계(S360)와 회전속도차이 산출단계(S370)는 홀센서고장 판단단계(S200)에 의하여 홀센서가 전부 정상이라고 판단되었다고 하더라도 본 판단단계에 오류가 있을 가능성이 있으므로 2차 진단을 하기 위해 마련된 단계이다. 앞서 설명한 전류차이값과 미리 설정되어 있는 전류차이기준값을 비교하는 단계(S340)에 의하여 모터의 전류센서 및 3상 스위칭 회로는 정상상태인 것으로 판단이 되었으므로, 이후 다시 모터의 동작에 오류가 있는지 판단하는 단계에 의하여 모터 동작에 오류가 있다고 판단된다면 본 오류는 모터의 홀센서에 의한 동작 오류라고 판단할 수 있을 것이다.
본 단계에서 제1기준시간은 모터가 정상적으로 전류제어를 하기 위하여 필요한 최대의 시간이다. 모터가 구동신호를 인식한 때부터의 경과시간인 제1경과시간이 제1기준시간을 초과한 후 모터 홀센서의 동작 오류 유무를 판단하여야 정확한 고장 진단이 가능하므로 본 발명에서는 제1기준시간 비교단계(S360)를 두어 모터가 정상 전류 제어하기를 위한 여유시간을 주고 있는 것이다. 제1기준시간도 앞서 기재한 전류차이기준값과 마찬가지로 별도로 마련된 메모리부 혹은 제어부의 플래쉬 메모리부에 저장될 수 있다.
회전속도차이 산출단계(S370)에서는 있는 회전속도 지령값과 실제 모터의 회전속도값의 차이값인 회전속도차이값을 산출하게 된다. 회전속도 지령값은 앞서 기재한 바와 같이 사용자가 모터를 통하여 얻고자 하는 출력에 따라 다양한 값을 가질 수 있을 것이다.
본 발명에서 모터 홀센서의 고장 유무를 검출하기 위하여 모터 회전 속도를 보는 이유는 모터 홀센서의 주요기능중 하나가 회전자의 속도를 검출하는 것이기 때문이다. 따라서 모터 홀센서에 고장이 있다면 회전자의 속도가 정확하게 검출될 수 없을 것이므로 이를 통하여 손쉽게 모터 홀센서의 고장 유무를 판단할 수 있다.
이에 따라 도1에서 볼 수 있듯이 회전속도차이 산출단계 이후에 산출한 회전속도차이값이 미리 설정되어 있는 회전속도차이기준값 이하인 경우에는 제어부에서 모터의 홀센서가 정상상태라고 판별하는 정상판별단계(S400);를 수행하게 된다.
본 단계에서 회전속도차이기준값은 앞서 설명한 전류차이기준값과 유사하게 모터의 동작에 오류를 발생시키지 않는 범위내에서의 오차값을 의미한다. 이론값에 해당하는 회전속도 기준값과 실측값인 모터의 회전속도값은 차이가 있을 수 밖에 없기 때문에 본 차이값을 보상해주기 위해 회전속도차이기준값을 두고 있는 것이다. 회전속도차이기준값 역시 전류차이기준값처럼 모터의 종류 및 모터가 사용되는 장치의 종류에 따라 다양한 값으로 존재할 수 있을 것이다. 또한 전류차이기준값과 마찬가지로 별도로 마련된 메모리부 또는 제어부의 플래쉬 메모리부에 저장될 수 있다.
어찌되었든 산출한 회전속도차이값이 회전속도차이기준값 이하인 경우에는 모터의 회전속도는 홀센서에 의하여 정확하게 검출되고 있는 것이므로 모터에 마련된 모든 홀센서가 정상상태에 있다고 보아도 된다. 따라서 본 발명에서는 이 경우 제어부에서는 정상판별단계(S400)를 통하여 모터의 홀센서가 정상상태에 해당한다고 판별한다.
반면에, 회전속도차이값이 미리 설정되어 있는 회전속도차이기준값을 초과하는 경우에는 상황이 달라진다. 이 경우에는 비록 홀센서 고장 판단단계(S200)에 의하여 홀센서가 정상이라고 판단이 되었다고 하더라도 홀센서의 고장을 의심할만한 상태이므로 다시 홀센서의 고장 유무를 판별할 필요가 있다. 홀센서는 모터의 빠른 속도의 회전에 의한 토크 및 힘에 의하여 쉽게 파손이 가능하므로 홀센서 고장 판단단계(S200)에서 정상이라고 판단되었다 하더라도 그 이후의 동작과정에서 충분히 홀센서가 고장이 날 수 있으므로 본 단계에 의하여 홀센서 고장을 감지할 수 있는 경우가 존재할 수 있을 것이다. 따라서 산출한 회전속도차이값이 미리 설정되어 있는 회전속도차이기준값을 초과하는 경우에는 제어부에서 고장난 홀센서를 판별하는 판별단계(S700);를 수행하게 되는데, 이는 앞서 홀센서 고장 판단단계(S200)에 의하여 홀센서가 고장이라고 판단된 경우 수행하게 되는 판별단계(S700)와 동일하다.
홀센서 고장 판단단계(S200)에서 제어부가 홀센서에 고장이 있다고 판단하는 방법은 앞서 기재한 바와 같이 다양한 방법이 존재할 수 있다. 본 발명에 따를 경우 모터에 마련된 모든 홀센서가 동일한 신호를 송출하면 모터홀센서에 고장이 있다고 판단하게 된다. 이는 앞서 기재한 정상판단의 역에 해당하는 것으로 도3의 (b)에 해당하는 경우이다. 도3(b)에서 보는바와 같이 홀센서 중 하나가(도3에서는 홀센서B가 이에 해당한다) 고장난다면 홀센서B는 신호 전송이 불가하므로 영구자석이 어떠한 위치에 있던 0이라는 신호를 송출하게 될 것이다. 그리고 이는 도3의 그래프 중 ① 구간에서 홀센서 A,B,C가 모두 0의 신호를 송출하고 있는 것을 통해 확인할 수 있다. 따라서 본 발명에서는 이를 이용하여 홀센서에 고장이 있다는 것을 판단할 수 있다.
앞서 설명한 방식에 따를 경우(도3의 (b)의 경우) 제어부에서는 3개의 홀센서중 홀센서B가 고장이 났다는 것을 감지할 수 있을 것이다. 그러나 만약 홀센서가 2개 이상 고장이 나는 경우에는 정확하게 어떤 홀센서가 고장난 것인지 감지할 수 없을 것이며, 모터에 홀센서가 4개 이상 존재하는 경우에는 앞서 설명한 방법만으로는 정확하게 어떤 홀센서가 고장난 것인지를 판단하는 것이 어렵다. 그래서 본 발명에서는 홀센서 고장이 감지된 경우 정확하게 어떤 홀센서가 고장난 것인지 판별할 수 있는 판별단계(S700)를 두고 있다.
판별단계(S700)는 도1에서 볼 수 있듯이 제어부에서 모터 고정자의 회전속도를 미리 설정되어 있는 목표회전속도값까지 증가시키는 회전속도증가단계(S500); 모터 고정자 회전속도가 목표회전속도값에 도달한 후, 제어부에서 모터에 마련된 각 홀센서로부터 감지되는 주파수값 신호를 수신하는 주파수신호수신단계(S520); 및 수신한 각 홀센서의 주파수값과 주파수기준값의 차이값인 주파수차이값을 산출하는 주파수차이 산출단계(S540);를 포함한다.
회전속도증가단계(S500)에서는 모터 고정자의 회전속도를 증가시키는 것의 의미는 모터 고정자에 형성되는 회전자계의 회전속도를 증가시키는 것과 동일한 의미이다. 따라서 본 단계에 따를 경우 모터 고정자에 형성되는 회전자계의 회전속도를 증가시키게 되는데 이는 고정자의 회전에 의하여 발생하는 회전자계를 로터의 회전에 의하여 발생하는 회전자계와 동기화시키기 위함이다. 정확한 홀센서 주파수값을 도출하기 위해서는 모터의 고정자와 회전자의 회전자계가 동기화되어 회전하는 것이 중요하므로 본 단계를 두어 고정자의 회전속도를 증가시키고 있는 것이다.
목표회전속도값은 각속도값으로써 단위는 [rad/s]에 해당할 것이며, 다양한 값으로 존재할 수 있을 것이나 너무 큰 값으로 설정을 하게 되면 로터가 회전자와 동기화되어 회전하지 못하고 탈조할 우려가 있으므로 이를 방지하는 수준에서 적절한 값으로 설정하는 것이 바람직할 것이다. 목표회전속도값 역시 별도로 마련된 메모리부 또는 제어부의 플래쉬 메모리부에 저장될 수 있다.
모터 고정자의 회전속도(또는 모터 고정자에 형성되는 회전자계의 회전속도)가 목표회전속도값에 도달하였다면 주파수 신호 수신단계(S520)를 거치게 된다. 본 단계에서의 홀센서로부터 감지되는 주파수값이랑 홀센서에 의하여 제어부에 전달되는 0 또는 1 신호의 반복으로 인하여 형성되는 펄스신호의 주파수를 의미한다. 본 발명에 따른 홀센서는 디지털 신호를 전송하므로 그 자체 신호만으로는 일정 주파수가 있다고 볼 수 없다. 그러나 모터의 고정자와 회전자가 동기화되어 일정한 속도로 계속 회전하고 있다면 홀센서는 주기적으로 같은 0 또는 1 신호를 송출할 것이다. 결국 이 신호의 형태는 일정한 주기를 가지는 펄스신호의 형태가 되므로 주파수값을 도출할 수 있다. 본 단계는 모터에 마련된 모든 홀센서의 고장 유무를 개별적으로 판단하기 위함이므로 각각 홀센서별의 주파수값을 모두 도출하여야 할 것이다.
주파수신호수신단계(S520) 이후에는 도출한 홀센서별 주파수값과 주파수 기준값의 차이값인 주파수차이값을 산출하는 주파수차이 산출단계(S540)를 거치게 된다. 주파수 기준값은 고정자에 형성되는 회전자계의 목표회전속도값으로 로터가 회회전할 때 홀센서 주파수값을 의미한다. 홀센서가 정상일 경우 홀센서에서 감지되는 0 또는 1신호의 주기에 의하여 도출되는 값으로써, 이는 모터의 회전 속도와 모터의 극수에 의하여 구할 수 있을 것이다. 일반적으로 모터의 극수가 늘어나거나 모터의 회전 속도가 빠를수록 주기값은 작아지므로 주파수 기준값은 커지게 될 것이다.
주파수차이 산출단계(S540) 이후에는, 도1에서 보는 바와 같이 주파수차이값과 주파수차이기준값을 비교하는 단계(S560)를 두고 있다. 본 단계에서 주파수차이기준값은 앞서 설명한 전류기준값과 유사하게 이론값과 실측값의 오류를 보상하기 위한 값으로 모터의 종류 및 모터 회전속도에 따라 다양하게 존재할 수 있다. 다만 본 발명의 목적에 해당하는 정밀한 홀센서 고장진단을 위해서는 주파수차이기준값을 작게 설정하는 것이 바람직할 것이다. 또한 주파수차이기준값은 별도로 마련된 메모리부 또는 제어부의 플래쉬 메모리부에 저장될 수 있다.
주파수차이기준값을 어떻게 설정하든 산출한 홀센서별 주파수차이값이 미리 설정되어 있는 주파수차이기준값 이상인 경우에는 제어부에서 해당 홀센서를 고장상태라고 판별하는 고장판별단계(S600);를 수행하게 된다. 이 경우에는 해당 홀센서가 모터의 회전속도에 부합하게 0 또는 1의 신호를 전달하고 있는 것이 아니므로 해당 홀센서가 고장상태에 있다고 판단하는 것이다.
그러나 산출한 홀센서별 주파수차이값이 미리 설정되어 있는 주파수차이기준값 미만인 경우에는 산출한 홀센서별 주파수차이값이 주파수차이기준값 미만에 해당된 때부터의 경과시간인 제2경과시간과 미리 설정되어 있는 제2기준시간을 비교하는 제2기준시간 비교단계(S580);를 수행하게 된다.
주파수차이값이 주파수차이기준값 미만이라는 것은 홀센서가 정확하게 동작하고 있는 것이므로 정상상태로 볼 수 있으나, 모터의 회전이 진행하고 있는 도중 홀센서의 고장이 발생할 수 있으므로 모터 홀센서 고장 진단의 정밀성을 향상시키기 위하여 본 제2기준시간 비교단계(S580)를 두고 있는 것이다.
제2경과시간은 산출한 홀센서별 주파수차이값이 주파수차이기준값 미만에 해당된 때부터의 경과시간이므로 본 단계에 의하여 모터가 목표회전속도값에 도달한 이후에 발생하는 홀센서의 고장을 감지할 수 있게 된다. 뿐만 아니라, 본 단계에 의하여 노이즈 신호에 의한 홀센서 고장 오감지를 방지할 수 있다. 홀센서가 고장 상태에 있더라도 순간적으로 노이즈 신호에 의하여 주파수차이값이 주파수차이기준값 미만에 해당될 수 있다. 따라서 본 단계에서는 제2기준시간을 두어 위와 같이 발생할 수 있는 노이즈를 필터링하여 홀센서 고장 오감지의 상황을 방지할 수 있다.
따라서 제2기준시간이 길면 길수록 홀센서 고장 진단의 정밀성은 더욱 향상이 되나, 지나치게 길어지면 고장 진단을 하는 이유를 상실하게 되므로 모터의 사용 목적하에서 적절하게 제2기준시간을 설정하는 것이 바람직할 것이다. 또한 제2기준시간은 제1기준시간과 마찬가지로 별도로 마련된 메모리부 또는 제어부의 플래쉬 메모리부에 저장될 수 있다.
제2기준시간 비교단계(S580)에서 제2경과시간이 제2기준시간을 초과한다면 해당 홀센서는 정상상태에 있다고 볼 수 있으므로 이 경우에는 도1에서 볼 수 있듯이 정상 판별 단계(S400)를 수행하게 된다. 그러나 제2경과시간이 제2기준시간 이하인 경우에는 모터가 목표회전속도값에 도달한 이후에 홀센서에 고장이 감지된 경우이므로 해당 홀센서를 고장상태라고 판별하는 고장판별단계(S600)를 수행하게 된다.
이상 앞서 기재한 모터 제어 방법을 통하여 모터 홀센서의 고장이 감지된 경우 정확하게 어떤 홀센서가 고장이 났는지 판단할 수 있게 되었다. 따라서 본 발명에서는 이를 이용하여 일부 홀센서가 고장이 있는 경우에도 모터를 제어할 수 있는 방법을 제시하고자 한다.
도2에서도 볼 수 있듯이 홀센서 고장 판단단계(S200)에 의하여 홀센서에 고장이 있다고 판단이 된 후에 본 발명에 따를 경우 판별단계(S700)를 통하여 홀센서 중 어느 홀센서에 고장이 있는것인지 정확하게 파악할 수 있다. 따라서 판별단계(S700) 이후에 모터에 정상상태 홀센서가 존재하는지 판단하는 단계(S720)에서 정상상태의 홀센서가 존재하는 경우에는 정상상태의 홀센서를 이용할 수 있으므로 이 경우에는 제어부에서 정상상태로 판별된 홀센서의 신호를 수신하는 정상신호수신단계(S740); 제어부에서 수신한 홀센서 신호가 변하는 경우, 변화량을 이용하여 모터의 회전속도 및 로터의 위치를 산출하는 속도 및 위치 산출단계(S780); 및 산출한 모터의 회전속도와 로터의 위치를 이용하여 모터제어전류값을 산출하는 제어전류 산출단계(S800);를 수행하게 된다.
정상신호수신단계(S740)는 판별단계(S700)에 의하여 정상상태로 판별된 홀센서에 의하여 감지되는 신호를 제어부가 선별해서 수신하는 단계이다. 판별단계(S700)에서 고장상태로 판별된 홀센서의 신호는 무의미한 신호이므로 제어부에서는 정상 상태로 판단된 홀센서의 신호만을 수신하게 된다. 정상 상태의 홀센서가 복수개인 경우에는 모터 제어 정밀성의 향상을 위해서라도 분별할 이유 없이 모두 수신하는 것이 바람직할 것이다.
정상 신호를 수신한 이후에는 홀센서 신호 변화가 있을 때까지 대기하게 되는데, 이는 홀센서 신호의 변화가 없는 경우에는 아무런 변화값이 없기 때문에 로터의 위치 및 속도값을 도출할 수 있는 변수값이 존재하지 않기 때문이다. 따라서 정상상태의 홀센서를 이용하여 고장난 홀센서를 보상하려면 제어부에서 정상상태인 홀센서의 신호를 수신한 이후에 홀센서의 신호값에 변화가 있어야 한다. 그러므로 본 발명에서는 정상홀센서 신호 변화 감지단계(S760)를 통하여 정상상태 홀센서의 신호가 변화할 때까지 대기하게 된다.
정상홀센서 신호 변화 감지단계(S760) 중에 신호의 변화가 감지되는 경우에는 도2에서 보는 바와 같이 변화하는 변화량을 이용하여 모터의 회전속도 및 로터의 위치를 산출하는 속도 및 위치 산출단계(S780)를 수행하게 된다. 본 단계에서 로터의 위치를 구하는 방법을 더 자세히 살펴보자면 다음과 같다.
홀센서 고장으로 인하여 신호의 변화가 없는 중간 위치는 과거 위치값에서 현재 회전속도에 과거와 현재간 시간 차이를 곱하여 계산한 위치 변화값을 합산하여 현재의 로터 위치값을 산출한다. 또한 모터의 회전속도값은 로터의 위치값만 정확하게 파악이 되면 미분을 통하여 손쉽게 얻을 수 있다. 따라서 본 방법을 이용하면 일부의 홀센서가 고장이 있다고 하더라도 정상홀센서를 이용하여 로터의 위치 및 모터의 회전속도를 정확히 파악할 수 있게 된다.
속도 및 위치 산출단계(S780)에 의하여 제어부에서 로터의 위치 및 모터의 회전속도가 정확히 파악하였다면 이를 이용하여 모터를 구동하는 모터제어전류를 산출하여야 한다. 일반적으로 모터제어전류는 앞서 기재한 바와 같이 모터의 회전속도를 이용하여 산출하므로 속도 및 위치 산출단계(S780)에 의하여 산출된 모터회전속도 값을 이용하면 손쉽게 모터제어전류값을 구할 수 있다. 모터제어전류값이 산출된 경우에는 더 이상 판별단계(S700)에 의하여 고장난 홀센서를 식별할 필요가 없어지므로 이후부터는 일반적인 모터 제어 방식인 속도 피드백(Feedback) 제어를 실시한다.
속도 피드백 제어란 앞서 기재한 홀센서 고장 판단단계(200)에서 홀센서가 정상이라고 판단된 경우의 제어 방법이다. 비록 모든 홀센서가 정상은 아니지만 정상인 홀센서를 이용하여 모터를 정상상태와 동일하게 제어할 수 있으므로 이 경우에는 일반적인 속도 피드백 제어를 이용하여도 무방하다. 따라서 앞서 기재한 바와 같이 전류차이값이 전류차이기준값 이하인 경우에는 전류제어가 적절하게 이루어지는 상황이므로 제어전류 산출단계(S800)에 의하여 산출한 모터제어전류로 모터가 구동될 것이다.
다만, 제어전류 산출단계(S800)에 의하여 산출한 모터제어전류값과 전류기준값의 차이값인 전류차이값이 전류차이기준값을 초과하는 경우 문제가 발생하는데, 이 경우에는 앞서 기재한 방식과 동일하게 전류 센서 또는 3상 스위칭 회로의 고장이 있다고 판단하고 제어부에서 모터구동을 정지시키게 된다. 여기서의 전류기준값과 전류차이기준값은 앞서 기재한 값과 동일한 값이다.
결국 본 발명은 제어부에서 모터의 구동신호를 인식한 경우 모터에 마련된 복수의 홀센서로부터 감지신호를 수신하고, 복수의 감지신호가 모두 동일한 경우에는 제어부에서 복수의 홀센서 감지신호의 주파수를 각각 분석함으로써 복수의 홀센서 중 고장난 홀센서를 식별하고, 이를 통해 일부의 홀센서에 고장이 있더라도 이와 무관하게 적절하게 모터를 제어할 수 있는 제어 방법에 관한 발명이다.
본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
S100: 구동신호 인식단계 S200: 홀센서 고장 판단단계
S400: 정상판별단계 S600: 고장판별단계
S700: 판별단계 S800: 제어전류 산출단계

Claims (11)

  1. 제어부에서 모터의 구동신호를 인식하는 구동신호인식단계;
    제어부에서 구동신호를 인식한 경우, 제어부에서 모터에 마련된 복수의 홀센서로부터 감지된 감지신호를 이용하여 모터 홀센서의 고장유무를 판단하는 홀센서고장 판단단계; 및
    모터의 홀센서가 고장인 것으로 판단된 경우, 제어부에서 복수의 홀센서 감지신호의 주파수를 각각 분석함으로써 복수의 홀센서 중 고장난 홀센서를 식별하는 판별단계;를 포함하고,
    홀센서고장 판단단계 이후에는,
    모터에 마련된 복수의 홀센서가 정상이라고 판단된 경우, 모터의 구동에 의하여 발생하는 전류지령값과 모터제어 전류값의 차이값인 전류차이값을 산출하는 전류차이 산출단계; 및
    산출한 전류차이값이 미리 설정되어 있는 전류차이기준값을 초과하는 경우에는, 제어부에서 모터의 구동을 정지시키는 모터구동정지단계;를 포함하고,
    전류차이 산출단계 이후에는,
    전류차이값이 미리 설정되어 있는 전류차이기준값 이하인 경우에는, 제어부에서 모터의 구동신호를 인식한 때부터의 경과시간인 제1경과시간과 미리 설정되어 있는 제1기준시간을 비교하는 제1기준시간 비교단계;
    제1경과시간이 제1기준시간을 초과하는 경우에는 제어부에서 모터의 구동에 의하여 발생하는 회전속도 지령값과 모터의 회전 속도값의 차이값인 회전속도차이값을 산출하는 회전속도차이 산출단계; 및
    산출한 회전속도차이값이 미리 설정되어 있는 회전속도차이기준값을 초과하는 경우에는 제어부에서 고장난 홀센서를 판별하는 판별단계;를 포함하고,
    판별단계는,
    제어부에서 모터 고정자의 회전속도를 미리 설정되어 있는 목표회전속도값까지 증가시키는 회전속도증가단계;
    모터 고정자 회전속도가 목표회전속도값에 도달한 후, 제어부에서 모터에 마련된 각 홀센서로부터 감지되는 주파수값 신호를 수신하는 주파수신호수신단계;
    수신한 각 홀센서의 주파수값과 주파수기준값의 차이값인 주파수차이값을 산출하는 주파수차이 산출단계; 및
    산출한 홀센서별 주파수차이값이 미리 설정되어 있는 주파수차이기준값 이상인 경우에는 제어부에서 해당 홀센서를 고장상태라고 판별하는 고장판별단계;를 포함하고,
    주파수차이 산출단계 이후에는,
    산출한 홀센서별 주파수차이값이 미리 설정되어 있는 주파수차이기준값 미만인 경우에는 산출한 홀센서별 주파수차이값이 주파수차이기준값 미만에 해당된 때부터의 경과시간인 제2경과시간과 미리 설정되어 있는 제2기준시간을 비교하는 제2기준시간 비교단계; 및
    제2경과시간이 제2기준시간 이하인 경우에는 제어부에서 해당 홀센서를 고장상태라고 판별하는 고장판별단계;를 포함하는 모터 제어 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    홀센서 고장 판단단계는,
    제어부에서 구동신호를 인식한 경우, 제어부에서 모터에 마련된 복수의 홀센서로부터 감지신호를 수신하고 복수의 감지신호가 모두 동일한 경우 복수의 홀센서 중 어느 하나 이상의 홀센서가 고장인 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 모터 제어 방법.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    회전속도차이 산출단계 이후에는,
    산출한 회전속도차이값이 미리 설정되어 있는 회전속도차이기준값 이하인 경우에는 제어부에서 모터의 홀센서가 정상상태라고 판별하는 정상판별단계;를 포함하는 모터 제어 방법.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 청구항 1에 있어서,
    제2기준시간 비교단계 이후에는,
    제2경과시간이 제2기준시간을 초과하는 경우에는 제어부에서 해당 홀센서를 정상상태라고 판별하는 정상판별단계;를 포함하는 모터 제어 방법.
  9. 청구항 1에 있어서,
    판별단계 이후에는,
    모터에 정상상태인 홀센서가 존재하는 경우에는, 제어부에서 정상상태로 판별된 홀센서의 신호를 수신하는 정상신호수신단계;
    제어부에서 수신한 홀센서 신호가 변하는 경우, 변화량을 이용하여 모터의 회전속도 및 로터의 위치를 산출하는 속도 및 위치 산출단계; 및
    산출한 모터의 회전속도와 로터의 위치를 이용하여 모터제어전류값을 산출하는 제어전류 산출단계;를 포함하는 모터 제어 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    제어전류 산출단계 이후에는,
    제어부에서 미리 설정되어 있는 전류기준값과 모터제어전류값의 차이값인 전류차이값을 산출하는 전류차이 산출단계; 및
    산출한 전류차이값이 미리 설정되어 있는 전류차이기준값을 초과하는 경우에는, 제어부에서 모터의 구동을 정지시키는 모터구동정지단계;를 포함하는 모터 제어 방법.
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