KR101957515B1

KR101957515B1 - 3상 모터의 고장 진단 및 대응 방법, 그리고 3상 모터 제어 장치

Info

Publication number: KR101957515B1
Application number: KR1020170158641A
Authority: KR
Inventors: 김지훈
Original assignee: 현대오트론 주식회사
Priority date: 2017-11-24
Filing date: 2017-11-24
Publication date: 2019-03-12

Abstract

3상 모터의 고장 진단 및 대응 방법이 개시된다. 본 발명에 따른 3상 모터의 고장 진단 및 대응 방법은, 3상 모터 기동 중 특정 주기로 반복해서 출력되는 홀센서의 신호(Hall signal)를 이용하여 3상 모터의 홀센서의 에러 여부를 여러 단계 걸쳐 진단하는 고장 진단 단계 및, 고장 진단 단계를 통한 진단 결과 특정 홀센서에 에러가 있는 것으로 판명된 경우, 특정 시점에 시뮬레이션을 가동시켜 가상 신호를 생성하고 에러가 발생한 홀센서의 신호를 가상 신호로 대신하는 고장 대응 단계를 포함하는 것을 요지로 한다.

Description

3상 모터의 고장 진단 및 대응 방법, 그리고 3상 모터 제어 장치{METHOD FOR DETECTING ERROR AND HOW TO RESPOND OF 3-PHASE MOTOR'S, AND 3-PHASE MOTOR CONTROL DEVICE }

본 발명은 3상 모터의 고장 진단 및 대응 방법, 그리고 3상 모터 제어 장치에 관한 것으로, 구체적으로는, 3상 모터 기동 중 특정 주기로 반복해서 출력되는 홀센서의 신호(Hall signal)를 이용하여 3상 모터의 홀센서의 에러를 진단하고 적절한 대응을 할 수 있는 3상 모터의 고장 진단 및 대응 방법, 그리고 3상 모터 제어 장치에 관한 것이다.

일반적으로 3상 BLDC(Brushless Direct Current) 모터는 고정자 측에 설치되어 있는 3상 코일과 회전자 측에 장착되어 있는 영구 자석을 포함하며, 모터의 회전자는 모터 구동부로부터 전류를 공급받아 생성되는 자계에 의해 회전한다.

모터의 회전자를 한쪽 방향으로 계속 회전시키기 위해서는 회전자의 위치를 검출하고, 검출된 회전자의 위치에 따라 스위칭 소자들을 온/오프 시켜 코일의 각 상에 흐르는 전류의 방향을 전환시키는 피드백 제어가 필요하다.

회전자의 위치 검출에는 회전자의 회전 방향에 대해 120도 간격으로 배치되는 3개의 홀센서 신호가 이용된다. 즉 120도 간격으로 설치된 3개의 홀센서가 출력하는 신호를 이용하여 모터 기동 중 회전자의 위치를 검출할 수 있다.

이와 같은 구성으로 인하여 홀센서나 홀센서의 신호 출력 계통에 문제가 생기면 회전자의 위치를 정상적으로 검출할 수 없게 된다. 즉 홀센서에 문제가 생기면 모터 기동 중 회전자의 위치를 파악하지 못해 모터에 잘못된 피드백 신호를 인가하게 된다.

이 경우 모터의 회전은 불안정하게 되고, 모터를 정상적으로 제어하지 못하는 문제가 발생한다. 때문에 홀센서에 문제가 생겼을 때 진단을 통해 문제의 발생 여부를 파악하는 것은 무엇보다 중요하다.

홀센서의 고장 진단을 위한 종래 기술로서 외부 회로에 의한 피드백 값을 이용하는 기술을 예로 들 수 있다. 여기서 홀센서 고장 진단을 위한 외부 회로는 주로 아날로그-디지털 컨버터(이하, 'ADC'라 함)를 이용하여 신호를 피드백 받는다.

그러나 ADC 를 이용하여 신호를 피드백 받는 기술은 ADC가 안정화 된 후의 값을 이용해야 하기 때문에 ADC가 안정될 때까지 모터가 구동되지 않아야 한다. 즉 모터 구동 중에는 홀센서의 고장을 진단할 수 없다는 문제가 있다.

한국공개특허공보 제10-2011-0072885호(공개일 2011.06. 29)

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 별도의 외부 회로 없이 홀센서가 특정 주기로 반복해서 출력하는 홀 신호(Hall signal)만을 가지고 모터 기동 중 홀센서의 에러나 홀센서 신호 출력 계통의 문제 발생 여부를 진단할 수 있는 3상 모터의 고장 진단 및 대응 방법, 그리고 3상 모터 제어 장치를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 여러 단계에 걸친 상태 비교 알고리즘을 통해 홀센서 고장을 정확히 진단할 수 있는 3상 모터의 고장 진단 및 대응 방법, 그리고 3상 모터 제어 장치를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 특정 홀 센서의 출력에 에러가 발생했을 때, 시뮬레이션을 가동하여 정상 기동 시 홀 신호(Hall signal)에 대응하는 가상 신호를 생성하고, 에러가 발생한 홀센서의 신호를 가상 신호로 대신하여 모터의 기동을 정상화시킬 수 있는 3상 모터의 고장 진단 및 대응 방법, 그리고 3상 모터 제어 장치를 제공하고자 하는 것이다.

과제의 해결 수단으로서 본 발명의 일 측면에 따르면,

3상 모터 기동 중 특정 주기로 반복해서 출력되는 홀센서의 신호(Hall signal)를 이용하여 3상 모터의 홀센서의 에러를 진단하는 고장 진단 단계; 및

고장 진단 단계를 통한 진단 결과 특정 홀센서에 에러가 있는 것으로 판명된 경우, 특정 시점에 시뮬레이션을 가동시켜 가상 신호를 생성하고 에러가 발생한 홀센서의 신호를 상기 가상 신호로 대신하여 모터의 기동을 정상화시키는 고장 대응 단계;를 포함하는 3상 모터의 고장 진단 및 대응 방법을 제공한다.

여기서 상기 고장 진단 단계는, 3상 홀센서로부터 출력되는 신호(Hall signal)를 감지하는 단계, 상기 신호(Hall signal)로부터 3상 홀센서의 출력 상태(state)를 6개의 상태로 구분하고, 제1 출력 상태(state)를 상기 제1 출력 상태로부터 6 카운트 이후의 출력 상태와 비교하여 같은 상태인지 판단하는 단계 및 상기 제1 출력 상태와 상기 제1 출력 상태로부터 6 카운트 이후의 출력 상태가 같은 경우, 상기 제1 출력 상태의 다음 상태인 제2 출력 상태와 그 이후 상태인 제3 출력 상태 내지 제6 출력 상태에 대해서도 각각의 출력 상태로부터 6 카운트 이후의 출력 상태가 같은지 순차적으로 비교하는 단계를 포함할 수 있다.

바람직하게는, 3상 홀센서가 출력하는 상기 제1 내지 제6 출력 상태 각각에 대하여 6 카운트 이후의 출력 상태를 비교한 결과, 직전의 제1 내지 제6 출력 상태와 6 카운트 이후 제1 내지 제6 출력 상태 중 어느 하나의 출력 상태가 다른 경우, 상태가 다른 출력 상태에 관여하는 홀센서에 에러가 있는 것으로 판단할 수 있다.

또한 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 제1 출력 상태 내지 상기 제6 출력 상태 각각에 대하여 6 카운트 이후의 출력 상태를 비교한 결과, 어느 하나의 출력 상태가 다른 것으로 판단된 경우, 출력 상태가 다른 것으로 판단된 출력 상태와 해당 출력 상태로부터 3 카운트 이후의 출력 상태를 가지고 OR 연산 또는 XOR 연산을 수행하여 어떤 홀센서의 출력에 에러가 있는지 판단하는 단계를 더 포함할 수 있다.

여기서 상기 S130 단계에서는, 상기 OR 연산 또는 XOR 연산을 수행한 결과 하나의 출력 상태(state)에 포함된 세 개의 홀센서의 신호(Hall signal) 중 0이 검출된 경우, 0이 검출된 부분에 해당하는 홀센서에 에러가 있는 것으로 판단할 수 있다.

또한 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 OR 연산 또는 상기 XOR 연산을 수행한 결과 0이 검출된 경우, 출력 상태 테이블에 기 저장된 홀센서의 6개 상태와 실제 홀센서의 상태를 1카운트마다 각각 비교하여 같은 상태인지 판단하는 단계를 더 포함할 수 있다.

이때, 출력 상태 테이블에 기 저장된 홀센서의 신호(Hall signal) 조합인 6개 출력 상태와 실제 홀센서의 상태를 1카운트마다 각각 비교한 결과, 출력 상태가 다른 부분이 있는 경우 상태가 다른 출력 상태에 관여하는 홀센서에 에러가 있는 것으로 판단할 수 있다.

본 발명의 일 측면에 적용된 상기 고장 대응 단계는, 직전 홀센서의 신호(Hall signal) 검출 시간 T1과 현재 홀센서의 신호(Hall signal) 신호 검출 시간 T2로부터 상기 T2 이후 시뮬레이션 대상 홀센서의 신호 지속 시간 T3를 도출하고, T3로부터 에러로 판정된 홀센서에 대한 시뮬레이션 개시 시점(S)을 예측하는 단계 및 예측된 개시 시점(S)에 시뮬레이션을 가동시켜 가상 신호를 생성하고 홀 신호에 인위적으로 개입하여 상기 에러로 판정된 홀센서의 신호(Hall signal)를 가상 신호로 대신하는 단계를 포함할 수 있다.

이때, 상기 T3는 상기 T2를 T1으로 나눈 값에 T2를 곱한 값으로 정해질 수 있다.

과제의 해결 수단으로서 본 발명의 다른 측면에 따르면,

컨트롤러 및 모터 구동부를 포함하는 3상 모터 제어 장치에 있어서,

상기 컨트롤러는,

3상 홀센서로부터 출력되는 신호(Hall signal)를 감지하는 홀센서 출력 감지부;

상기 신호(Hall signal)로부터 3상 홀센서의 출력 상태(state)를 6개의 상태로 구분하고, 제1 출력 상태(state)를 상기 제1 출력 상태로부터 6 카운트 이후의 출력 상태와 비교하여 같은 상태인지 판단하고, 제1 출력 상태와 상기 제1 출력 상태로부터 6 카운트 이후의 출력 상태가 같은 경우, 상기 제1 출력 상태의 다음 상태인 제2 출력 상태와 그 이후 상태인 제3 출력 상태 내지 제6 출력 상태에 대해서도 각각의 출력 상태로부터 6 카운트 이후의 출력 상태가 같은지 순차적으로 비교하는 홀센서 에러 판단부; 및

홀센서 에러 판단부에 의한 에러 진단 결과 특정 홀센서에 에러가 있는 것으로 판명된 경우, 특정 시점에 시뮬레이션을 가동시켜 가상 신호를 생성하고 에러가 발생한 홀센서의 신호를 상기 가상 신호로 대신하는 홀센서 에러 대응부;를 포함하는 3상 모터 제어 장치를 제공한다.

여기서 상기 홀센서 에러 판단부는, 3상 홀센서가 출력하는 상기 제1 내지 제6 출력 상태 각각에 대하여 6 카운트 이후의 출력 상태를 비교한 결과, 직전의 제1 내지 제6 출력 상태와 6 카운트 이후 제1 내지 제6 출력 상태 중 어느 하나의 출력 상태가 다른 경우, 상태가 다른 출력 상태에 관여하는 홀센서에 에러가 있는 것으로 판단할 수 있다.

홀센서 에러 판단부는 또한, 상기 제1 출력 상태 내지 상기 제6 출력 상태 각각에 대하여 6 카운트 이후의 출력 상태를 비교한 결과, 어느 하나의 출력 상태가 다른 것으로 판단된 경우, 출력 상태가 다른 것으로 판단된 출력 상태와 해당 출력 상태로부터 3 카운트 이후의 출력 상태를 가지고 OR 연산 또는 XOR 연산을 수행하여 어떤 홀센서의 출력에 에러가 있는지 판단할 수 있다.

홀센서 에러 판단부는 또한, 상기 OR 연산 또는 XOR 연산을 수행한 결과 하나의 출력 상태(state)에 포함된 세 개의 홀센서의 신호(Hall signal) 중 0이 검출된 경우, 0이 검출된 부분에 해당하는 홀센서에 에러가 있는 것으로 판단할 수 있다.

홀센서 에러 판단부는 또한, 상기 OR 연산 또는 상기 XOR 연산을 수행한 결과 0이 검출된 경우, 출력 상태 테이블에 기 저장된 홀센서의 6개 상태와 실제 홀센서의 상태를 1카운트마다 각각 비교하여 같은 상태인지 판단할 수 있다.

이 경우 상기 홀센서 에러 판단부는, 출력 상태 테이블에 기 저장된 홀센서의 신호(Hall signal) 조합인 6개 출력 상태와 실제 홀센서의 출력 상태를 1카운트마다 각각 비교한 결과, 출력 상태가 다른 부분이 있는 경우 상태가 다른 출력 상태에 관여하는 홀센서에 에러가 있는 것으로 판단할 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 측면에 적용된 상기 홀센서 에러 대응부는, 직전 홀센서의 신호(Hall signal) 검출 시간 T1과 현재 홀센서의 신호(Hall signal) 신호 검출 시간 T2로부터 상기 T2 이후 시뮬레이션 대상 홀센서의 신호 지속 시간 T3를 도출하고, T3로부터 에러로 판정된 홀센서에 대한 시뮬레이션 개시 시점(S)을 예측하는 단계 및 예측된 개시 시점(S)에 시뮬레이션을 가동시켜 가상 신호를 생성하고 홀 신호에 인위적으로 개입하여 상기 에러로 판정된 홀센서의 신호(Hall signal)를 가상 신호로 대신함으로써 모터가 정상적으로 기동될 수 있도록 할 수 있다.

여기서, 상기 T3는 상기 T2를 T1으로 나눈 값에 T2를 곱한 값으로 정해질 수 있다.

본 발명에 따르면, 별도의 외부 회로 없이 홀센서가 특정 주기로 반복해서 출력하는 홀 신호(Hall signal)만을 가지고 모터 기동 중 홀센서의 에러나 홀센서 신호 출력 계통의 문제 발생 여부를 진단할 수 있으며, 여러 단계에 걸치 출력 상태 비교 알고리즘을 통해 홀센서 고장을 정확히 진단할 수 있는 효과가 있다.

또한, 특정 홀 센서의 출력에 에러가 있는 것으로 판명된 때, 시뮬레이션을 가동하여 정상 기동 시 홀 신호(Hall signal)에 대응하는 가상 신호를 생성하고, 에러가 발생한 홀센서의 신호를 가상 신호로 대신함으로써 모터의 기동을 정상화시킬 수 있다.

도 1은 3상 BLDC 모터의 시스템 개략도.
도 2는 도 1에 도시된 3상 BLDC 모터의 개략 단면도로서 회전자와 홀 센서의 배치구조를 보여주는 도면.
도 3은 홀센서의 출력 및 홀센서의 출력에 따라 코일에 인가되는 전압의 구동 시퀀스 파형을 보여주는 도면.
도 4와 도 5는 각각 본 발명의 일 측면에 따른 3상 모터의 에러 검출 및 대응 방법을 구현하기 위한 개략적인 제어 순서도 및 구체적인 제어 알고리즘을 포함하는 흐름도.
도 6은 본 발명의 일 측면에 적용된 홀센서 에러 검출 방법 중 라이트 레이어를 통한 에러 검출 방법을 설명하기 위한 도면.
도 7은 본 발명의 일 측면에 적용된 홀센서 에러 검출 방법 중 미들 레이어를 통한 에러 검출 방법을 설명하기 위한 도면.
도 8은 본 발명의 일 측면에 적용된 홀센서 에러 검출 방법 중 스트롱 레이어를 통한 에러 검출 방법을 설명하기 위한 도면.
도 9는 본 발명의 일 측면에 적용된 고장 대응 방법을 설명하기 위한 도면.
도 10은 본 발명의 다른 측면에 따른 3상 모터 제어 장치의 구성을 나타내는 구성도.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서 "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

더하여, 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.

첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일한 구성 요소에 대해서는 동일도면 참조부호를 부여하기로 하며 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

먼저, 홀센서의 홀 신호(Hall signal)를 이용한 3상 BLDC 모터의 기동에 대해 3상 BLDC 모터의 시스템 개략도를 참조하여 살펴보기로 한다.

도 1은 3상 BLDC 모터의 시스템 개략도이며, 도 2는 도 1에 도시된 3상 BLDC 모터의 개략 단면도로서 회전자와 홀 센서의 배치구조를 보여주는 도면이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 3상 BLDC 모터는 3상 코일(300) 및 N극(N은 짝수)의 영구자석을 구비하는 회전자(400)를 포함한다. 또한 상기 회전자(400)의 둘레에 소정 간격으로 배열되는 3개의 홀센서(500a, 500b, 500c)를 구비한다. 3상 코일(300)은 Y형으로 배열되고, 3개의 홀센서(500a, 500b, 500c)는 모터 기동 시 영구자석의 자력으로부터 회전자(400)의 위치를 검출한다.

홀센서(500a, 500b, 500c)가 출력하는 신호(Hall signal)는 제어 장치(10)를 구성하는 컨트롤러(100)에 전달되고, 컨트롤러(100)에서 소정의 처리를 거쳐 모터를 구동할 수 있는 신호로 변환되고 모터 구동부(200)에 전달된다. 여기서 컨트롤러(100)는 모터 구동을 위한 연산 및 명령을 관장하는 장치로서 MCU(Micro Controller Unit), 디지털 IC(Integrated Circuit) 등일 수 있다.

도 3은 홀센서의 출력 및 홀센서의 출력에 따라 코일에 인가되는 전압의 구동 시퀀스 파형을 보여주는 도면이다.

도 3을 도 1 및 도 2와 함께 참조하면, 도면 상 아래 쪽에 도시된 시퀀스 파형은 세 개의 홀센서(500a, 500b, 500c)의 출력 상태(state)를 나타내고, 상대적으로 위 쪽의 시퀀스 파형은 홀센서(500a, 500b, 500c)의 출력 상태에 따라 컨트롤러(100)에서 소정의 처리를 거치고 모터 구동부(200)을 통해 3상 코일(300)의 각 상(A, B, C)에 인가되는 전압의 파형을 나타낸다.

N극(N은 짝수)의 영구자석을 포함하는 회전자(400)를 회전시키기 위해서는 모터 구동부(200)를 구성하는 스위칭 소자(미도시)를 동작시켜 3상 코일(300)에 전류를 인가해야 한다. 이때 스위칭 소자는 High 시그널이 입력되는 P-channel MOSFET 소자와 Low 시그널이 입력되는 N-Channel MOSFET 소자로 구성될 수 있다.

각각의 MOSFET 소자에는 코일(300)의 A, B, C 단자가 전기적으로 연결된다. 이에 따라 홀센서의 신호(Hall signal)에 따라 컨트롤러(100)에서 결정된 제어 값을 모터 구동부(200)를 통해 제공받으며, 각 MOSFET의 High, Low 시그널이 조합 및 입력되어 모터의 A, B, C 단자에 High 드라이브, Low 드라이브, Floating 드라이브가 걸리게 된다.

홀센서(500a, 500b, 500c)는 각 코일(300)에 연결되고, 코일(300)에 동력을 인가하는 시기를 결정한다. 예를 들면, 홀센서A(500a) 및 홀센서B(500b)는 코일 A에 대한 스위칭 시기를 결정한다. 홀센서B(500b)가 회전자(400)의 N극을 감지하면 코일 A에 대해 양의 방향으로 스위칭 되어 양의 전압이 인가되고, 홀센서A(500a)가 회전자(400)의 N극을 감지하면 코일 A가 개방된다.

코일 A의 개방에 따른 회전자의 회전으로 홀센서B(500b)가 회전자(400)의 S극을 감지하면 코일 A에 대해 음의 방향으로 스위칭 되어 음의 전압이 인가되고, 홀센서A(500a)가 회전자(400)의 S극을 감지하면 코일 A가 다시 개방된다. 마찬가지로, 홀센서B(500b) 및 홀센서C(500c)는 코일 B에 인가되는 전압을 결정하고, 홀센서A(500a) 및 홀센서C(500c)는 코일 C에 인가되는 전압을 결정한다.

홀센서(500a, 500b, 500c)에서 출력되는 신호는 (0, 0, 1), (0, 1, 0), (0, 1, 1), (1, 0, 0), (1, 0, 1), (1, 1, 0) 등 총 6개 상태(state) 값으로 구분될 수 있다. 3개의 홀센서들은 모두 동시에 동일한 신호를 출력할 수 없다. 예를 들어, 3개의 홀센서가 모두 LOW 신호를 출력하거나 모두 HIGH 신호를 출력할 수 없다. 이는 홀센서(500a, 500b, 500c)의 배열과 영구자석이 이루는 각도에 기인한다.

즉 모터 기동 중 홀센서(500a, 500b, 500c)가 정상적으로 동작하는 이상, (0, 0, 0) 이나 (1, 1, 1)과 같은 출력의 조합(state)은 나타날 수가 없다. (0, 0, 0) 이나 (1, 1, 1) 신호가 출력되는 경우는 홀센서(500a, 500b, 500c)에 에러가 발생한 경우로 볼 수 있다. 물론 홀센서(500a, 500b, 500c)에서 (0, 0, 0) 이나 (1, 1, 1) 신호가 출력되는 경우만을 에러로 볼 수 있는 것은 아니다.

그 외 에러로 판단할 수 있는 다른 경우도 있기 때문이다. 예를 들면, 홀센서(500a, 500b, 500c) 중 어느 하나의 신호가 콘트롤러(100)의 저장장치에 미리 기록된 상태 테이블(State table)에 나타난 정상 상태 신호와 다른 경우도 있다. 예를 들어, 홀센서 3개의 현재 출력 상태가 (0, 0, 1)일 경우 상태 테이블 상 다음 번에 (0, 1, 1) 신호가 입력되어야 정상인데 그렇지 않은 경우이다.

이하에서는 이처럼 홀센서의 출력으로부터 에러 여부를 진단하고, 에러 발생 시 모터를 정상적으로 기동시키기 위한 제어 알고리즘을 포함하는 본 발명의 일 측면에 따른 3상 모터의 진단 및 대응 방법에 대해 살펴보기로 한다.

도 4와 도 5는 각각 본 발명의 일 측면에 따른 3상 모터의 에러 검출 및 대응 방법을 구현하기 위한 개략적인 제어 순서도 및 구체적인 제어 알고리즘을 포함하는 흐름도이다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 측면에 따른 3상 모터의 에러 검출 및 대응 방법은 크게, 홀센서의 신호(Hall signal)를 이용하여 3상 모터의 홀센서의 에러 여부를 진단하는 고장 진단 단계(S100)와, 고장 진단 결과 특정 홀센서에 에러가 있는 것으로 판명된 경우 모터 기동의 정상화를 위한 후속 고장 대응 단계(S200)로 구분될 수 있다.

먼저, 고장 진단 단계(S100)부터 살펴보기로 한다.

고장 진단 단계(S100) 단계에서는, 3상 모터 기동 중 특정 주기로 반복해서 출력되는 홀센서들 신호(Hall signal)를 이용하여 3상 모터의 홀센서의 에러 여부를 진단한다. 바람직하게는, 특정 주기로 반복해서 출력되는 홀센서들 신호(Hall signal)를 여러 단계에 걸쳐 특정 기준 값과 비교하는 과정을 거쳐 정확한 고장 위치를 진단한다.

S100 단계는 총 3단에 걸친 진단 과정을 포함한다. 이하 설명의 편의를 위하여 첫 번째 단계부터 순서대로 라이트 레이어(Light layer, S110), 미들 레이어(Middle layer, S120), 스트롱 레이어(Strong layer, S130)로 정의하여 설명하기로 한다.

라이트 레이어(Light layer, S110) 단계에서는, 3상 홀센서로부터 출력되는 신호(Hall signal)를 감지하여 상기 신호(Hall signal)로부터 3상 홀센서의 출력 상태를 6개의 상태(state)로 구분하고, 제1 출력 상태(state) 내지 제6 출력 상태 중 어느 하나의 출력 상태를 6 카운트 이후의 출력 상태와 비교하여 같은지 여부를 판단하게 된다.

예를 들어, 제1 출력 상태와 상기 제1 출력 상태로부터 6 카운트 이후의 출력 상태가 같은 경우, 상기 제1 출력 상태의 다음 상태인 제2 출력 상태와 그 이후 상태인 제3 출력 상태 내지 제6 출력 상태에 대해서도 각각의 출력 상태로부터 6 카운트 이후의 출력 상태가 같은지를 순차적으로 비교하는 과정을 반복함으로써 에러를 진단한다.

홀센서(500a, 500b, 500c)의 출력 상태 값은 앞서 언급했듯이 (0, 0, 1), (0, 1, 0), (0, 1, 1), (1, 0, 0), (1, 0, 1), (1, 1, 0)으로 나타날 수 있다. 물론 반드시 이 순서로 나타나는 것은 아니다. 홀센서(500a, 500b, 500c)의 상태 시퀀스는 (0, 1, 0), (0, 1, 1), (0, 0, 1), (1, 0, 1), (1, 0, 0), (1, 1, 0)으로 나타날 수도 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위해 제 1 내지 제 6 출력 상태(state 6)로 명명하기로 한다.

만약, 라이트 레이어(Light layer, S110)를 통한 고장 진단 과정에서의 3상 홀센서가 출력하는 상기 제1 내지 제6 출력 상태 각각에 대한 6 카운트 이후의 출력 상태 비교 결과(S112), 6 카운트 이전의 제1 내지 제6 출력 상태와 6 카운트 이후 제1 내지 제6 출력 상태 중 어느 하나의 출력 상태가 다르면(S114), 미들 레이어(Middle layer, S120)로 진입한다.

물론, 도면에 예시하지는 않았으나 전술한 라이트 레이어(Light layer, S110)를 통한 고장 진단 과정에서 도출된 결과만을 가지고 특정 홀센서의 에러, 즉 모터에 이상이 생긴 것으로 판정하며, 이후 미들 레이어나 스트롱 레이어를 통한 추가 진단 없이 곧바로 후속 처리 단계(고장 대응 단계)로 진입하는 알고리즘을 포함하는 제어 방법이 고려될 수 있다.

미들 레이어(Middle layer, S120) 단계에서는, 제1 출력 상태 내지 제6 출력 상태 중 어느 하나의 출력 상태와 해당 출력 상태로부터 3 카운트 이후의 상태를 가지고 OR 연산 또는 XOR 연산을 수행하여 홀센서의 에러를 진단한다. 즉 상기 S110 단계에서의 고장 진단을 통해 어느 한 출력 상태가 다르게 나타난 경우, OR 연산 또는 XOR 연산을 수행하여 다시 한번 고장을 진단한다.

바람직하게는, S110 단계를 통한 고장 진단 과정에서 에러로 진단된 출력 상태와 그 출력 상태로부터 3 카운트 이후의 출력 상태를 OR 연산 또는 XOR 연산을 수행하여(S122) 어떤 홀센서의 출력에 에러가 있는지를 판단한다. 좀 더 구체적으로는, OR 연산 또는 XOR 연산을 통해 3 카운트 이전과 이후 출력 상태 연산 값에 0이 검출되는 지를 통해 홀센서의 에러를 진단한다(S124).

미들 레이어(S120)에서의 구체적인 에러 진단 과정에 대해서는 이후 도 7을 참조하기로 하며, 이와 같은 미들 레이어(Middle layer, S120)를 통한 고장 진단 역시도, 전술한 라이트 레이어(Light layer, S110)나 후술하는 스트롱 레이어(Strong layer, S130)와의 연계 없이 이를 통해 도출된 결과만을 가지고 특정 홀센서의 에러를 진단하도록 알고리즘을 구성할 수도 있다.

이 경우에는, 특정 출력 상태에 대하여 3 카운트 이후의 OR 연산 또는 XOR 연산을 수행한 결과로부터 0이 검출되지 않는 경우, 다음 출력 상태에 대하여 그 출력 상태로부터 3 카운트 이후의 출력 상태와 OR 연산 또는 XOR 연산을 반복하면서 어떤 출력 상태에서 0이 검출되는지를 파악하고, 이로부터 어떤 홀센서가 에러를 일으키는지를 정확히 판단하게 된다.

미들 레이어(S120)를 통한 에러 진단 결과, 특정 출력 상태에서 0이 검출되면, 스트롱 레이어(Strong layer, S130)에 진입하여 한번 더 고장 여부를 진단한다.스트롱 레이어(S130)에서는 저장장치에 미리 기록된 상태 테이블 상의 홀센서의 출력 조합인 6개 출력 상태와 실제 검출된 현재 홀센서의 출력 상태를 1 카운트마다 각각 비교하는 과정을 통해 에러를 진단한다(S132).

홀센서의 출력 상태를 1 카운트마다 각각 비교한 결과, 출력 상태가 다른 부분이 있는 경우, 출력 상태가 다른 부분의 출력 관여하는 홀센서에 에러가 있는 것으로 판단할 수 있다(S134). 스트롱 레이어(S130)을 통해 행해지는 구체적인 에러 진단 과정에 대해서는 이후 도 8을 참조하기로 하며, 마찬가지로 스트롱 레이어(S130) 만으로 홀센서의 에러를 진단하도록 구성할 수도 있다.

즉 도면에는 라이트 레이어(S110)에서 이상이 발견되면 미들 레이어(S120)에서 다시 한번 확인하고, 여기서도 이상이 발견되면 스트롱 레이어(S130)를 통해 최종적으로 에러를 판단하는 과정에 대해서만 예시하고 있으나, 세 개의 레이어 중 어느 한 레이어 또는 세 개 중 두 개의 레이어만으로도 에러 검출이 가능하기 때문에 이러한 변형 역시 본 발명의 범주에 포함될 수 있음을 밝혀 둔다.

도 6은 본 발명의 일 측면에 적용된 홀센서 에러 검출 방법 중 라이트 레이어를 통한 에러 검출 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 6을 참조하면, 컨트롤러(100)를 포함하는 3상 모터 제어 장치(10)는 3상 홀센서(Hall A, Hall B, Hall C)에서 출력되는 출력신호를 감지하여 3상 홀센서(Hall A, Hall B, Hall C)의 출력 상태(state)를 6개 상태 값으로 구분한다. 도 6은 홀센서(Hall A, Hall B, Hall C)의 출력 상태 시퀀스가 (0, 1, 0), (0, 1, 1), (0, 0, 1), (1, 0, 1), (1, 0, 0), (1, 1, 0)으로 나타난 것을 예로 든 것이다.

현재 홀센서(Hall A, Hall B, Hall C)의 출력 상태가 (0, 1, 0)이고, 이를 제1 출력 상태 값이라고 가정하면, 3상 모터의 경우 홀센서의 출력 상태는 총 6가지이므로, 홀센서가 정상적으로 동작하는 경우라면 제1 출력 상태로부터 6 카운트 이후의 상태가 제1 출력 상태와 같은 (0, 1, 0)이어야 하며, 6 카운트 이후의 상태가 (0, 1, 0)이 아니면 특정 홀센서에 에러가 발생한 것으로 판단할 수 있다.

예를 들어, 제1 상태가 (0, 1, 0)인데 6 카운트 이후의 상태가 (0, 1, 1)인 경우, 홀센서C(Hall C)에 에러가 발생한 것으로 볼 수 있다. 이때 홀센서C(Hall C)는 배터리 쇼트(Short to Battery)에 의한 고장인 것으로 판단할 수 있다. 6 카운트 이후의 상태가 (0, 0, 0)인 경우에는 홀센서B(Hall B)에 에러가 발생한 것으로 그라운드 쇼트(Short to Ground)에 의한 고장인 것으로 판단할 수 있다.

즉 정상 출력 상태를 기준으로 6 카운트 이후 출력에서 0이 출력되어야 할 부분에 1이 출력되면 배터리 쇼트(Short to Battery)에 의한 해당 홀센서의 에러로 볼 수 있고, 정상 출력 상태를 기준으로 6 카운트 이후 1이 출력되어야 할 부분에 0이 출력되면 그라운드 쇼트(Short to Ground)에 의한 해당 홀센서의 에러로 판정할 수 있다.

제1 출력 상태와 제1 출력 상태로부터 6 카운트 이후의 출력 상태가 같으면, 제1 출력 상태의 다음인 제2 출력 상태에 대해서도 같은 프로세스로 에러를 진단한다. 즉 제2 출력 상태를 상기 제2 출력 상태로부터 6 카운트 이후의 출력 상태와 비교하여 출력 상태에 포함된 세 개의 값이 모두 같게 나타나는지를 통해 홀센서의 에러를 판단한다.

예를 들어, 제2 출력 상태가 (0, 1, 1)이고 이로부터 6 카운트 이후의 출력 상태가 (0, 1, 1)인 경우에는 정상 동작으로 판단할 수 있다. 만약 (0, 1, 1)이 아닌 경우 바뀐 숫자의 출력 관여하는 홀센서에서 에러가 발생한 것으로 판단할 수 있다. 이때에도 1로 바뀐 부분은 배터리 쇼트(Short to Battery), 0으로 바뀐 부분은 그라운드 쇼트(Short to Ground)에 의한 에러로 판정할 수 있다.

제2 출력 상태와 상기 제2 출력 상태로부터 6카운트 이후의 출력 상태가 같으면, 제3 출력 상태 내지 제6 출력 상태 각각에 대해서도 각 출력 상태로부터 6카운트 이후의 출력 상태 값의 동일 여부를 비교하게 되며, 이러한 비교를 통한 에러 검출 과정은 6카운트 이후의 출력 상태에서 다른 출력 상태 값이 검출될 때까지 반복해서 수행된다.

홀센서(Hall A, Hall B, Hall C)의 에러 여부를 하나의 출력 상태에 대해 6카운트마다 한 번씩 판단하기 때문에 36카운트면 모든 홀센서(Hall A, Hall B, Hall C)의 출력 상태에 대한 에러 판단이 가능하게 되는 것이며, 6카운트마다 한 번씩 각 출력 상태에 대한 에러 여부를 판단하므로 시스템에 가해지는 부담 또한 줄어들게 된다.

도 7은 본 발명의 일 측면에 적용된 홀센서 에러 검출 방법 중 미들 레이어를 통한 에러 검출 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 7을 참조하면, 전술한 라이트 레이어(S110)에서 제1 출력 상태 내지 제6 출력 상태와 각 상태로부터 6 카운트 이후의 출력 상태를 비교한 결과, 어느 하나의 출력 상태가 다른 것으로 판단되면, 상태가 다른 것으로 판단된 출력 상태 및 그 출력 상태로부터 3 카운트 이후의 출력 상태를 가지고 OR 연산 또는 XOR 연산을 수행한다.

예를 들어, 제1 출력 상태와 6 카운트 이후의 출력 상태가 다른 경우, 제1 출력 상태로부터 3 카운트 이후의 출력 상태와 OR 연산 또는 XOR 연산을 수행하여 에러 여부를 판단한다. 제1 출력 상태를 기준으로 3 카운트 이후의 상태는 제4 출력 상태이며, 제1 출력 상태가 (0, 1, 0)인 경우 홀센서((Hall A, Hall B, Hall C)가 정상으로 동작하는 경우 제4 출력 상태는 (1, 0, 1)이 된다.

따라서 제1 출력 상태와 제4 출력 상태를 가지고 OR 연산 또는 XOR 연산한 결과는 3상 모터에서의 영구자석에 대한 홀센서의 배열 상 (1, 1, 1)이 되어야만 한다. 만약 OR 연산 또는 XOR 연산을 한 결과 세 개의 검출 값 중 0이 포함될 경우, 0이 검출된 부분에 해당하는 홀센서에 에러가 있는 것으로 판단할 수 있다.

OR 연산을 한 결과에 0이 검출되는 경우에는 0이 검출된 부분에 해당하는 홀센서에 그라운드 쇼트(Short to Ground)에 의한 에러가 있는 것으로 판단할 수 있으며, XOR 연산을 한 결과에 0이 검출되는 경우에는 0이 검출된 부분에 해당하는 홀센서에 배터리 쇼트(Short to Battery)에 의한 에러가 있는 것으로 판단할 수 있다.

이와 같은 원리에 비추어 도 7의 예시와 같이, 제1 출력 상태는 (0, 1, 0)이고 제4 출력 상태에서 에러가 발생하여 (1, 0, 0)으로 홀센서의 출력이 검출되면, OR 연산한 결과는 (1, 1, 0)이 되므로 1이 되어야 할 부분에서 0으로 검출된 홀센서C(Hall C)에 그라운드 쇼트(Short to Ground, SG)에 의해 에러가 발생한 것으로 볼 수 있다.

마찬가지로, 제1 출력 상태에 에러가 발생하여 (0, 1, 1)인 경우를 예로 들면, 제1 출력 상태로부터 3카운트 이후인 제4 출력 상태 (1, 0, 1)이므로 XOR 연산 결과는 (1, 1, 0)이 된다. 때문에 이때에는 1이 되어야 할 부분에서 0이 검출된 홀센서C(Hall C)에 배터리 쇼트(Short to Battery, SB)에 의한 에러가 발생한 것으로 볼 수 있다.

도 8은 본 발명의 일 측면에 적용된 홀센서 에러 검출 방법 중 스트롱 레이어를 통한 에러 검출 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 8을 참조하면, 3상 모터 제어 장치(10)는 미들 레이어(S120)에서 제1 내지 제6 출력 상태 중 어느 하나의 출력 상태와 그 출력 상태로부터 3 카운트 이후의 출력 상태를 가지고 OR 연산 또는 XOR 연산을 수행하여 0이 검출된 경우, 상태 테이블에 기 저장된 홀센서의 6개 출력 상태와 실제 현재의 홀센서의 출력 상태를 1 카운트마다 각각 비교하여 같은 상태인지를 판단한다.

상태 테이블에는 홀센서가 정상적으로 동작할 때 출력 상태 값이 입력되어 있다. 예를 들어 상태 테이블에는 (0, 1, 0), (0, 1, 1), (0, 0, 1), (1, 0, 1), (1, 0, 0), (1, 1, 0)과 같이 6개의 출력 상태 값이 저장될 수 있으며, 상태 테이블에 기 저장된 홀센서의 6개 출력 상태와 실제 현재 홀센서의 출력 상태를 1 카운트마다 각각 비교하여 특정 홀센서에 에러가 발생했는지를 판단하게 된다.

저장된 출력 상태 값과 현재 출력 상태 중 다른 부분이 있으면, 상태 테이블에 저장된 값과 다른 값을 가지는 부분에 해당하는 홀센서에 에러가 발생한 것으로 볼 수 있다. 이때에도 상태 테이블에 저장된 값과 다르게 1로 바뀐 부분은 배터리 쇼트(Short to Battery), 0으로 바뀐 부분은 그라운드 쇼트(Short to Ground)에 의한 고장인 것으로 판정될 수 있다.

이처럼 본 발명의 일 측면에 따르면, 라이트 레이어를 통한 에러 검출 시 미들 레이어를 통해 다시 한번 에러를 확인하고, 여기서도 에러가 검출되면 이후 스트롱 레이어에서 또 다시 에러를 검출하는 3중 레이어 구조의 출력 상태 비교 알고리즘이 적용된다. 때문에 세 개의 홀센서 중 어떤 홀센서에서 에러가 발생했는지를 매우 정확히 검출할 수 있다.

다음, 고장 대응 단계(S200)에 대해 살펴보기로 한다.

고장 대응 단계(S200)에서는, 전술한 여러 단계에 걸친 고장 진단 과정을 통한 진단 결과 특정 홀센서에 에러가 있는 것으로 판정된 경우, 특정 시점에 시뮬레이션을 가동시켜 정상 신호에 상응하는 가상 신호를 생성하고, 에러가 발생한 홀센서의 신호를 상기 가상 신호로 대신함으로써 모터의 기동을 정상화시키는 과정을 포함한다.

도 9는 본 발명의 일 측면에 적용된 고장 대응 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 9와 앞서 첨부된 도 5를 함께 참조하면, 고장 대응 단계(S200)는, 상기 정상 신호에 상응하는 가상 신호 생성을 위한 시뮬레이션의 개시 시점(S)을 예측하는 단계(S210)를 포함한다. 또한 예측된 개시 시점에 시뮬레이션을 가동시켜 상기 가상 신호를 생성하고, 에러로 판정된 홀센서의 신호(Hall signal)를 가상 신호로 대신하는 단계(S220)를 포함한다.

S210 단계는, 전술한 에러 진단 과정(S100)을 통해 특정 홀센서에 에러가 발생한 것으로 판정된 때, 직전 홀센서의 신호(Hall signal) 검출 시간 T1과 현재 홀센서의 신호(Hall signal) 신호 검출 시간 T2으로부터 상기 T2 이후의 에러로 판정된 홀센서에 대한 신호 지속 시간 T3를 도출하는 과정 및 T3로부터 에러로 판정된 홀센서에 대한 시뮬레이션 개시 시점(S)을 예측하는 과정을 포함할 수 있다.

바람직하게, S210 단계에서의 상기 T3는 상기 T2를 T1으로 나눈 값에 T2를 다시 곱한 값으로 정해질 수 있다. 예를 들어, 모터가 등속으로 회전하는 경우에는 T1, T2가 같기 때문에 T3 역시 같은 값으로 정해질 수 있으며, 가속구간에서는 T2가 T1보다 작아지므로 T3는 T2 보다 작은 값으로 결정될 수 있다. 반대로 감속구간인 경우 T3는 T2 보다 큰 값으로 결정될 수 있다.

이러한 방법은, 앞선 홀센서의 신호 검출 시간을 알면 모터의 현재 회전 속도를 유추할 수 있고, 이로부터 시뮬레이션 대상 홀센서에 대한 시뮬레이션 개시 시점을 예측할 수 있다는 점에 착안한 것으로, 모터가 감속하는 구간 또는 가속하는 구간에서도 시뮬레이션 대상 홀센서(에러로 판정된 홀센서)의 시뮬레이션 개시 시점(S)를 비교적 정확히 예측할 수 있다.

S220 단계에서는 상기 S210 단계에서 T3부터 예측되는 개시 시점(S)에 시뮬레이션을 가동하여 에러 발생 전 원래의 정상 신호에 상응하는 가상 신호를 생성한다. 동시에 에러로 판정된 해당 홀센서의 홀 신호에 인위적으로 개입하여 상기 에러로 판정된 홀센서의 신호(Hall signal)를 상기 가상 신호로 대신함으로써 모터가 정상적으로 기동되도록 한다.

이하에서는 본 발명의 다른 측면에 따른 3상 보터 제어 장치에 대해 살펴보기로 한다.

도 10은 본 발명의 다른 측면에 따른 3상 모터 제어 장치의 구성을 나타내는 구성도이다.

도 10을 참조하면, 본 발명의 다른 측면에 따른 3상 모터 제어 장치는 크게, 컨트롤러(100)와 모터 구동부(200)로 구성될 수 있다. 컨트롤러(100)는 홀센서로부터 입력되는 신호(Hall signal)에 기초하여 모터 제어 값을 결정하며, 모터 구동부(200)는 컨트롤러(100)에서 결정된 제어 값에 상응하는 전류가 3상 코일에 공급되도록 기능한다.

컨트롤러(100)는 다시, 홀센서 출력 감지부(110)와 홀센서 에러 판단부(120), 그리고 홀센서 에러 대응부(130)를 포함한다. 홀센서 출력 감지부(110)는 3상 홀센서로부터 출력되는 신호를 감지하고, 홀센서 에러 판단부(120)는 홀센서 출력 감지부(110)에 의해 감지된 홀센서의 출력신호를 6개 상태 값으로 구분한다. 그리고 홀센서 에러 대응부(130)는 에러 판정 시 정상 신호에 상응하는 가상 신호를 생생하여 모터의 기동을 정상화한다.

3상 홀센서의 출력 상태 시퀀스는 (0, 1, 0), (0, 1, 1), (0, 0, 1), (1, 0, 1), (1, 0, 0), (1, 1, 0) 형태로 나타날 수 있으며, 홀센서 에러 판단부(120)는 제1 출력 상태를 상기 제1 출력 상태로부터 6 카운트 이후의 출력 상태와 비교하여 같은 출력 상태인지 판단할 수 있다. 6 카운트 이후의 출력 상태와 비교하는 것은 앞서도 언급했듯이 라이트 레이어로 정의될 수 있다.

예를 들어, 제1 출력 상태가 (0, 1, 0)인데 6 카운트 이후의 상태가 (0, 1, 1)인 경우, 홀센서C에 에러가 발생한 것으로 판단할 수 있다. 이때 홀센서C는 배터리 쇼트(Short to Battery)에 의한 에러인 것으로 판단할 수 있으며, 제1 출력 상태로부터 6 카운트 이후의 상태가 (0, 0, 0)인 경우에는 홀센서B에 에러가 발생한 것으로 그라운드 쇼트(Short to Ground)에 의한 에러로 판단할 수 있다.

홀센서 에러 판단부(120)는 제1 출력 상태와 제1 출력 상태로부터 6 카운트 이후의 상태가 같은 경우, 다음 출력 상태인 제2 출력 상태에 대해서도 동일한 방식으로 에러를 진단한다. 즉 제2 출력 상태를 상기 제2 출력 상태로부터 6 카운트 이후의 출력 상태와 비교하여 출력 상태가 같은 값을 가지는 지를 판단한다.

마찬가지로, 제2 출력 상태 및 그 출력 상태에 대한 6카운트 이후의 상태가 같은 경우라면, 제3 출력 상태 내지 제6 출력 상태에 대해서도 각 출력 상태로부터 6카운트 이후의 출력 상태가 같은 값을 가지는 지를 비교한다. 이와 같은 비교 판단을 통한 홀센서 에러 진단은 6 카운트 이후의 출력 상태에서 다른 상태의 출력 값이 검출될 때까지 반복해서 진행된다.

홀센서 에러 판단부(120)는 상기 라이트 레이어에서 제1 출력 상태 내지 제6 출력 상태와 각 출력 상태로부터 6 카운트 이후의 상태를 비교한 결과, 어느 하나의 출력 상태에서 다른 값이 검출된 경우, 출력 상태가 다른 것으로 판단된 출력 상태와 해당 출력 상태로부터 3 카운트 이후의 상태를 가지고 OR 연산 또는 XOR 연산을 수행하는 미들 레이어를 연이어 수행한다.

OR 연산 또는 XOR 연산을 한 결과 0이 검출되는 경우, 0이 검출된 부분에 해당하는 홀센서에 에러가 있는 것으로 판단할 수 있다. 바람직하게는, OR 연산을 한 결과에 0이 검출되는 경우에는 0이 검출된 부분에 해당하는 홀센서에 그라운드 쇼트(Short to Ground)에 의한 에러가 있는 것으로 판단하고, XOR 연산을 한 결과에 0이 검출되는 경우에는 해당 홀센서에 배터리 쇼트(Short to Battery)에 의한 에러가 있는 것으로 판단할 수 있다.

홀센서 에러 판단부(120)는 또한, 미들 레이어를 통해 제1 출력 상태 내지 제6 출력 상태를 각각의 출력 상태로부터 3 카운트 이후의 출력 상태를 OR 연산 또는 XOR 연산을 수행하여 0을 검출한 경우, 상태 테이블에 기 저장된 홀센서의 6개 상태와 실제 홀센서의 상태를 1 카운트마다 각각 비교하여 같은 상태인지 판단하는 스트롱 레이어를 연이어 수행한다.

홀센서 에러 대응부(130)는 전술한 여러 단계에 걸친 고장 진단 과정을 통한 진단 결과 특정 홀센서에 에러가 있는 것으로 판정된 경우, 특정 시점에 시뮬레이션을 가동시켜 정상 신호에 상응하는 가상 신호를 생성하고, 에러가 발생한 홀센서의 신호를 상기 가상 신호로 대신함으로써 모터의 기동을 정상화시키는 프로세스를 포함한다.

홀센서 에러 대응부(130)는, 전술한 홀센서 에러 판단부(120)에 의한 진단 과정을 통해 특정 홀센서에 에러가 발생한 것으로 판정된 때, 직전 홀센서의 신호(Hall signal) 검출 시간 T1과 현재 홀센서의 신호(Hall signal) 신호 검출 시간 T2으로부터 상기 T2 이후의 에러로 판정된 홀센서의 신호 지속 시간 T3을 도출하고 도출된 T3로부터 시뮬레이션 개시 시섬(S)를 예측한다.

이때 상기 T3는 상기 T2를 T1으로 나눈 값에 T2를 다시 곱한 값으로 정해질 수 있다. 예를 들어, 모터가 등속으로 회전하는 경우에는 T1, T2가 같기 때문에 T3 역시 같은 값으로 정해질 수 있으며, 가속구간에서는 T2가 T1보다 작아지므로 T3는 T2 보다 작은 값으로 결정될 수 있다. 반대로 감속구간인 경우 T3는 T2 보다 큰 값으로 결정될 수 있다.

홀센서 에러 대응부(130)는 또한, 위와 같은 과정을 통해 예측된 개시 시섬(S)에 시뮬레이션을 가동하여 에러 발생 전 원래의 정상 신호에 상응하는 가상 신호를 생성한다. 동시에 에러로 판정된 해당 홀센서의 홀 신호에 인위적으로 개입하여 상기 에러로 판정된 홀센서의 신호(Hall signal)를 상기 가상 신호로 대신함으로써 모터가 정상적으로 기동되도록 한다.

이상에서 살펴본 본 발명에 따르면, 별도의 외부 회로 없이 홀센서가 특정 주기로 반복해서 출력하는 홀 신호(Hall signal)만을 가지고 모터 기동 중 홀센서의 에러나 홀센서 신호 출력 계통의 문제 발생 여부를 진단할 수 있으며, 여러 단계에 걸치 출력 상태 비교 알고리즘을 통해 홀센서 고장을 정확히 진단할 수 있는 효과가 있다.

이상의 본 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시 예에 대해서만 기술하였다. 하지만 본 발명은 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

10 : 3상 모터 제어 장치
100 : 콘트롤러
200 : 모터 구동부
300 : 3상 코일
400 : 회전자
500(500a, 500b, 500c) : 홀센서

Claims

3상 모터 기동 중 특정 주기로 반복해서 출력되는 홀센서의 신호(Hall signal)를 이용하여 3상 모터의 홀센서의 에러 여부를 진단하는 고장 진단 단계; 및
고장 진단 단계를 통한 진단 결과 특정 홀센서에 에러가 있는 것으로 판명된 경우, 특정 시점에 시뮬레이션을 가동시켜 가상 신호를 생성하고 에러가 발생한 홀센서의 신호를 상기 가상 신호로 대신하는 고장 대응 단계;를 포함하며,
상기 고장 대응 단계는,
직전 홀센서의 신호(Hall signal) 검출 시간 T1과 현재 홀센서의 신호(Hall signal) 검출 시간 T2로부터 상기 T2 이후 시뮬레이션 대상 홀센서의 신호 지속 시간 T3를 도출하고, T3로부터 에러로 판정된 홀센서에 대한 시뮬레이션 개시 시점(S)을 예측하는 단계;를 포함하는 3상 모터의 고장 진단 및 대응 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 고장 진단 단계는,
3상 홀센서로부터 출력되는 신호(Hall signal)를 감지하는 단계;
상기 신호(Hall signal)로부터 3상 홀센서의 출력 상태(state)를 6개의 상태로 구분하고, 제1 출력 상태(state)를 상기 제1 출력 상태로부터 6 카운트 이후의 출력 상태와 비교하여 같은 상태인지 판단하는 단계; 및
상기 제1 출력 상태와 상기 제1 출력 상태로부터 6 카운트 이후의 출력 상태가 같은 경우, 상기 제1 출력 상태의 다음 상태인 제2 출력 상태와 그 이후 상태인 제3 출력 상태 내지 제6 출력 상태에 대해서도 각각의 출력 상태로부터 6 카운트 이후의 출력 상태가 같은지 순차적으로 비교하는 단계;를 포함하는 3상 모터의 고장 진단 및 대응 방법.
제 2 항에 있어서,
3상 홀센서가 출력하는 상기 제1 내지 제6 출력 상태 각각에 대하여 6 카운트 이후의 출력 상태를 비교한 결과, 직전의 제1 내지 제6 출력 상태와 6 카운트 이후 제1 내지 제6 출력 상태 중 어느 하나의 출력 상태가 다른 경우, 상태가 다른 출력 상태에 관여하는 홀센서에 에러가 있는 것으로 판단하는 3상 모터의 고장 진단 및 대응 방법
제 2 항에 있어서,
상기 제1 출력 상태 내지 상기 제6 출력 상태 각각에 대하여 6 카운트 이후의 출력 상태를 비교한 결과, 어느 하나의 출력 상태가 다른 것으로 판단된 경우, 출력 상태가 다른 것으로 판단된 출력 상태와 해당 출력 상태로부터 3 카운트 이후의 출력 상태를 가지고 OR 연산 또는 XOR 연산을 수행하여 에러를 판단하는 단계;를 더 포함하는 3상 모터의 고장 진단 및 대응 방법
제 4 항에 있어서,
상기 OR 연산 또는 XOR 연산을 수행한 결과 하나의 출력 상태(state)에 포함된 세 개의 홀센서의 신호(Hall signal) 중 0이 검출된 경우, 0이 검출된 부분에 해당하는 홀센서에 에러가 있는 것으로 판단하는 3상 모터의 고장 진단 및 대응 방법.
제 4 항에 있어서,
상기 OR 연산 또는 상기 XOR 연산을 수행한 결과 0이 검출된 경우, 출력 상태 테이블에 기 저장된 홀센서의 6개 상태와 실제 홀센서의 상태를 1카운트마다 각각 비교하여 같은 상태인지 판단하는 단계;를 더 포함하는 3상 모터의 고장 진단 및 대응 방법.
제 6 항에 있어서,
상기 출력 상태 테이블에 기 저장된 홀센서의 신호(Hall signal) 조합인 6개 출력 상태와 실제 홀센서의 상태를 1카운트마다 각각 비교한 결과, 출력 상태가 다른 부분이 있는 경우 상태가 다른 출력 상태에 관여하는 홀센서에 에러가 있는 것으로 판단하는 3상 모터의 고장 진단 및 대응 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 고장 대응 단계는,
예측된 개시 시점(S)에 시뮬레이션을 가동시켜 가상 신호를 생성하고 홀 신호에 인위적으로 개입하여 상기 에러로 판정된 홀센서의 신호(Hall signal)를 가상 신호로 대신하는 단계;를 더 포함하는 3상 모터의 고장 진단 및 대응 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 T3는 상기 T2를 T1으로 나눈 값에 T2를 곱한 값으로 정해지는 것을 특징으로 하는 하는 3상 모터의 고장 진단 및 대응 방법.
컨트롤러 및 모터 구동부를 포함하는 3상 모터 제어 장치에 있어서,
상기 컨트롤러는,
3상 홀센서로부터 출력되는 신호(Hall signal)를 감지하는 홀센서 출력 감지부;
상기 신호(Hall signal)로부터 3상 홀센서의 출력 상태(state)를 6개의 상태로 구분하고, 제1 출력 상태(state)를 상기 제1 출력 상태로부터 6 카운트 이후의 출력 상태와 비교하여 같은 상태인지 판단하고, 제1 출력 상태와 상기 제1 출력 상태로부터 6 카운트 이후의 출력 상태가 같은 경우, 상기 제1 출력 상태의 다음 상태인 제2 출력 상태와 그 이후 상태인 제3 출력 상태 내지 제6 출력 상태에 대해서도 각각의 출력 상태로부터 6 카운트 이후의 출력 상태가 같은지 순차적으로 비교하는 홀센서 에러 판단부; 및
홀센서 에러 판단부에 의한 에러 진단 결과 특정 홀센서에 에러가 있는 것으로 판명된 경우, 특정 시점에 시뮬레이션을 가동시켜 가상 신호를 생성하고 에러가 발생한 홀센서의 신호를 상기 가상 신호로 대신하는 홀센서 에러 대응부;를 포함하며,
상기 홀센서 에러 대응부는,
직전 홀센서의 신호(Hall signal) 검출 시간 T1과 현재 홀센서의 신호(Hall signal) 검출 시간 T2로부터 상기 T2 이후 시뮬레이션 대상 홀센서의 신호 지속 시간 T3를 도출하고, T3로부터 에러로 판정된 홀센서에 대한 시뮬레이션 개시 시점(S)을 예측하는 3상 모터 제어 장치.
제 10 항에 있어서,
상기 홀센서 에러 판단부는,
3상 홀센서가 출력하는 상기 제1 내지 제6 출력 상태 각각에 대하여 6 카운트 이후의 출력 상태를 비교한 결과, 직전의 제1 내지 제6 출력 상태와 6 카운트 이후 제1 내지 제6 출력 상태 중 어느 하나의 출력 상태가 다른 경우, 상태가 다른 출력 상태에 관여하는 홀센서에 에러가 있는 것으로 판단하는 3상 모터 제어 장치.
제 11 항에 있어서,
상기 홀센서 에러 판단부는,
상기 제1 출력 상태 내지 상기 제6 출력 상태 각각에 대하여 6 카운트 이후의 출력 상태를 비교한 결과, 어느 하나의 출력 상태가 다른 것으로 판단된 경우, 출력 상태가 다른 것으로 판단된 출력 상태와 해당 출력 상태로부터 3 카운트 이후의 출력 상태를 가지고 OR 연산 또는 XOR 연산을 수행하여 어떤 홀센서의 출력에 에러가 있는지 판단하는 3상 모터 제어 장치.
제 12 항에 있어서,
상기 홀센서 에러 판단부는,
상기 OR 연산 또는 XOR 연산을 수행한 결과 하나의 출력 상태(state)에 포함된 세 개의 홀센서의 신호(Hall signal) 중 0이 검출된 경우, 0이 검출된 부분에 해당하는 홀센서에 에러가 있는 것으로 판단하는 3상 모터 제어 장치.
제 13 항에 있어서,
상기 홀센서 에러 판단부는,
상기 OR 연산 또는 상기 XOR 연산을 수행한 결과 0이 검출된 경우, 출력 상태 테이블에 기 저장된 홀센서의 6개 상태와 실제 홀센서의 상태를 1카운트마다 각각 비교하여 같은 상태인지 판단하는 3상 모터 제어 장치.
제 14 항에 있어서,
상기 홀센서 에러 판단부는,
출력 상태 테이블에 기 저장된 홀센서의 신호(Hall signal) 조합인 6개 출력 상태와 실제 홀센서의 출력 상태를 1카운트마다 각각 비교한 결과, 출력 상태가 다른 부분이 있는 경우 상태가 다른 출력 상태에 관여하는 홀센서에 에러가 있는 것으로 판단하는 3상 모터 제어 장치.
제 10 항에 있어서,
상기 홀센서 에러 대응부는,
예측된 개시 시점(S)에 시뮬레이션을 가동시켜 가상 신호를 생성하고 홀 신호에 인위적으로 개입하여 상기 에러로 판정된 홀센서의 신호(Hall signal)를 가상 신호로 대신하는 3상 모터 제어 장치.
제 10 항에 있어서,
상기 T3는 상기 T2를 T1으로 나눈 값에 T2를 곱한 값으로 정해지는 것을 특징으로 하는 하는 3상 모터 제어 장치.