KR20140108772A - 센서리스형 bldc 모터 고전류 제어방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 자동차용 유압식 조향펌프를 작동시키는 센서리스형 BLDC 모터의 고전류를 제어하는 방법에 관한 것으로, 상기 모터에 흐르는 전류를 감지하는 시점, 전류 제한값 및 PID제어 초기값을 설정하는 (1)단계와; 엔진의 신호를 감지하여 상기 모터를 가동하고 전류감지기와 PID제어기를 작동하는 (2)단계와; 작동하는 상기 모터의 전류를 상기 전류 제한값과 비교하는 (3)단계와; 상기 (3)단계에서 상기 모터의 전류가 상기 전류 제한값보다 큰 경우 상기 모터 출력 속도를 감소시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이에, 본 발명에 따르면, 전류 감지기를 두어 고정자 권선 및 시스템에 과다한 전류가 유입되는 것을 예방할 수 있어 모터의 소손을 예방할 수 있으며 시스템을 안정적으로 보호할 수 있으며, 부압 및 부하가 증가하여도 일정한 값 이상의 전류가 발생하지 않게 하는 센서리스형 BLDC 모터 고전류 제어방법을 제공할 수 있다.

Description

센서리스형 BLDC 모터 고전류 제어방법 {Senseless Brushless DC Motor High Current Control Method}
본 발명은 센서리스형 BLDC 모터 고전류 제어방법에 관한 것으로, 특히 부하시 전류의 과도한 증가를 개선할 수 있는 센서리스형 BLDC 모터 고전류 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로, 직류 브러시리스모터의 센서리스 속도제어에서 모터의 속도를 조절하는 방법은 현재 모터 운전속도의 오차가 미리 정해진 오차범위를 벗어났는지를 감지하여 그 감지된 오차를 기준으로 모터의 속도를 조절하는 것으로, 기본적으로 PID 제어방식을 따른다.
모터의 현재 운전속도를 설정한 기준속도와 비교하여 오차가 있다면 PWM 파형의 듀티를 조절하여 기준속도를 기준으로 모터가 안정된 운전을 하도록 제어하고, 운전속도가 기준속도에 도달하면 모든 오차는 초기화되고 PID 제어는 멈추게 된다.
그러나, 모터 운전 중 어떠한 이유에서 운전속도를 안정적으로 유지시킬 수 없는 상황이 발생하여 운전속도가 허용 오차범위를 벗어나면 PID 제어를 다시 시작하여 오차를 보정하도록 하였다.
그런데, 이와 같은 종래 모터 속도조절방법에서는, 모터의 운전속도(V)가 오차범위를 벗어나서 오차를 보정하기까지의 시간이 너무 길어 적절한 시간 내에 안정적인 속도제어를 할 수 없고, 결국 이 시간동안 모터의 소음 및 진동발생의 원인이 된다는 문제점이 있었다.
이러한 문제점을 보완하기 위하여 특허공개공보 제10-2006-0070267호 (2006. 06. 23)의 '모터 속도제어방법'에 대한 개시가 있다.
그러나, 이러한 종래기술에서는 모터의 속도만을 제어하고 있어 부압 및 부하가 증가하여 전류가 증가하여 고정자 권선 또는 시스템에 과다한 전류가 유입할 우려가 있다.
본 발명의 목적은, 전류 감지기를 두어 고정자 권선 및 시스템에 과다한 전류가 유입되는 것을 예방할 수 있는 센서리스형 BLDC 모터 고전류 제어방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 부압 및 부하가 증가하여도 일정한 값 이상의 전류가 발생하지 않게 하는 센서리스형 BLDC 모터 고전류 제어방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은, 모터의 소음 및 진동 발생의 원인을 감소시킬 수 있는 센서리스형 BLDC 모터 고전류 제어방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은, 자동차용 유압식 조향펌프를 작동시키는 센서리스형 BLDC 모터의 고전류를 제어하는 방법에 있어서, 상기 모터에 흐르는 전류를 감지하는 시점, 전류 제한값 및 PID제어 초기값을 설정하는 (1)단계와; 엔진의 신호를 감지하여 상기 모터를 가동하고 전류감지기와 PID제어기를 작동하는 (2)단계와; 작동하는 상기 모터의 전류를 상기 전류 제한값과 비교하는 (3)단계와; 상기 (3)단계에서 상기 모터의 전류가 상기 전류 제한값을 초과하는 경우 상기 모터 출력 속도를 감소시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 고전류 제어방법에 의해 달성된다.
또한, 상기 (3)단계에서 상기 모터의 전류가 상기 전류 제한값 이하인 경우 PID제어를 하는 단계;를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 모터의 전류 제한값은 85암페어 ± 3%범위를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 전류 감지기를 두어 고정자 권선 및 시스템에 과다한 전류가 유입되는 것을 예방할 수 있어 모터의 소손을 예방할 수 있으며 시스템을 안정적으로 보호할 수 있으며, 부압 및 부하가 증가하여도 일정한 값 이상의 전류가 발생하지 않게 하는 센서리스형 BLDC 모터 고전류 제어방법을 제공할 수있다.
또한, 모터의 소음 및 진동 발생의 원인을 감소시킬 수 있는 센서리스형 BLDC 모터 고전류 제어방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 고전류 제어방법의 흐름도,
도 2는 도 1의 제어방법이 적용되는 조향펌프의 시험 그래프이다.
본 발명의 일실시예에 따른 센서리스형 BLDC 모터 고전류 제어방법(이하에서 '고전류 제어방법'이라고 함)에 대하여 도 1 내지 도 2를 참조하여 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 고전류 제어방법의 흐름도이고, 도 2는 도 1의 제어방법이 적용되는 자동차용 조향펌프의 시험 그래프이다.
본 발명에 따른 고전류 제어방법은 자동차용 유압식 조향펌프용 모터로 자동차의 배터리에서 공급되는 전원에 의하여 작동되는 센서리스 BLDC 모터에 적용되는 것이 바람직하다.
고전류 제어방법은 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 모터에 흐르는 전류를 감지하는 시점, 전류 제한값 및 PID제어 초기값을 설정하는 (1)단계(S110)와; 엔진의 신호를 감지하여 상기 모터를 가동하고 전류감지기와 PID제어기를 작동하는 (2)단계(S130)와; 작동하는 상기 모터의 전류를 상기 전류 제한값과 비교하는 (3)단계(S150)와; 상기 (3)단계에서 상기 모터의 전류가 상기 전류 제한값보다 큰 경우 상기 모터 출력 속도를 감소시키는 단계(S170);를 포함한다. 또한 고전류 제어방법은 상기 (3)단계에서 상기 모터의 전류가 상기 전류 제한값보다 적은 경우 PID제어를 하는 단계(S190)를 더 구비한다.
설정 단계(S110)는 차량의 종류, 조향펌프의 작동압력, 조향 각도, 조향 응답성 등을 고려하여 미리 설정되어 있으며, 이 단계에서 모터의 전류 제한값을 설정하고, 전류 감지 시점, PID 제어 초기값 등을 설정한다.
예를 들면, 모터의 전류 제한값은 차량에 탑재된 배터리의 성능, 용량 등에 따라 결정되며 본 발명의 일실시예에 따른 조향펌프에서 85암페어(A)의 값을 가지며, 전류 감지 시점은 엔진에서 제공되는 신호에 의해 감지를 시작하고, PID 제어 초기값은 엔진이 가동되기 시작하면 모터가 가동되는 기본적인 회전수로 2490rpm 을 포함할 수 있다.
작동 단계(S130)는 엔진의 구동이 시작되는 신호를 모터에 제공하면 모터가 작동되고 모터가 작동되면서 모터의 속도를 제어하기 위한 PID 제어기, 모터의 출력값을 변화시키기 위해 모터의 듀티비를 증감시키는 제어회로, 전류감지기 등의 각종 회로가 작동된다. 특히, 본 발명에서는 PID 제어기, 제어회로, 전류감지기 등이 작동되는 것이 바람직하다.
다음, 비교 단계(S150)에서는 모터에 공급되는 전류량이 설정 단계(S110)에서 설정한 전류량보다 큰지를 비교한다. 즉, 모터에는 비록 부하가 걸리더라도 필요 이상의 전류가 공급되지 않도록 예방을 하여 본 발명의 목적인 전류 감지기를 두어 고정자 권선 및 시스템에 과다한 전류가 유입되는 것을 예방할 수 있고, 부압 및 부하가 증가하여도 일정한 값 이상의 전류가 발생하지 않게 하기 위함이다.
이러한 모터의 전류 제한값은 소정의 범위에서 오차값을 가지는 것이 바람직하다. 예를 들면, 본 발명의 일실시예에서는 ±3%인 것이 바람직하다. 오차 범위가 이보다 적으면 PID 제어기 단계(S190)와 속도 감소 단계(S170)가 작동될 수 있고 이보다 크면 과도한 전류가 모터에 유입될 수 있기 때문이다.
다음, 모터 속도 감소단계(S170)는 비교 단계(S150)에서 모터의 전류값이 전류 제한값을 초과하면, 모터의 속도를 감소시킨다. 모터 속도 감소단계(S170)에서는 모터의 출력값을 감소시키도록 모터의 Duty 비를 감소시키는 모터 구동 제어회로를 작동시켜 모터의 회전수가 감소될 수 있다.
다음, PID 제어단계(S190)는 비교 단계(S150)에서 모터의 전류값이 전류 제한값 이하가 되면, PID 제어를 통해 모터의 속도를 증가시킨다.
여기서, 본 발명의 일실시예는 엔진이 가동되어 조향펌프가 작동되는 과정에서 비교 단계(S150)와, PID 제어단계(S190) 및 모터속도 감소 단계(S170)라는 과정을 반복적으로 작동시킬 수 있다.
본 발명에 따른 자동차용 조향펌을 작동시키는 센스리스 BLDC 모터의 초기 작동에 따른 데이터를 그래프로 나타낸 것이 도 2이다.
도 2에서 초기 모터의 회전수는 4600 rpm 정도에서 어느 정도 일정한 회전수를 유지하다 부하인 작동유체의 압력인 유압이 증가하면 점점 떨어지는 경향을 보이고, 유량도 회전수와 거의 유사한 경향을 보인다. 또한, 전류와 전력은 유압과 유사하게 시간에 따라 점점 거의 증가하다가 본 발명의 일실시예에 따른 전류 제한값에 도달하면 거의 수평을 유지함을 알 수 있다. 조향펌프의 특징상 펌프의 최고압인 릴리프압력(본 그래프의 경우 110kg/㎠ 에 설정)에 도달하면 더 이상 압력이 증가하지 않는다.
즉, 모터의 부압이 걸리는 최고 유압에 도달하면, 속도는 점점 느려지고 모터의 부하로 인해 모터의 전류가 전류 제한값을 초과하는 범위에 도달하여 모터 속도 감소단계(S170)를 통해 모터의 속도가 점점 감소하게 되어 마침내 모터는 회전을 하지 않게 되고 조향펌프의 최고압력은 유지가 되어 모터의 부하는 계속 유지된다. 여기서, 만약에 최고 압력이 압력을 필요로 하는 조향 시스템에 공급이 되면 압력이 저하되어 모터의 모터 전류는 전류 제한값에 미치지 못하여 PID 제어단계(S190)를 거쳐 점점 모터 속도가 증가하게 될 것이다.
여기서, 도 2의 그래프는 실험실에서 테스트한 결과로 실제 차량에 탑재되어 조향시스템과 연계되어 작동하는 모터의 각종 데이터와 다소 차이가 있을 수 있다.
이에, 본 발명에 따르면, 전류 감지기를 두어 고정자 권선 및 시스템에 과다한 전류가 유입되는 것을 예방할 수 있어 모터의 소손을 예방할 수 있으며 시스템을 안정적으로 보호할 수 있으며, 부압 및 부하가 증가하여도 일정한 값 이상의 전류가 발생하지 않게 하는 센서리스형 BLDC 모터 고전류 제어방법을 제공할 수있다.
또한, 모터의 소음 및 진동 발생의 원인을 감소시킬 수 있는 센서리스형 BLDC 모터 고전류 제어방법을 제공할 수 있다.
여기서, 본 발명의 여러 실시예를 도시하여 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 원칙이나 정신에서 벗어나지 않으면서 본 실시예를 변형할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 발명의 범위는 첨부된 청구항과 그 균등물에 의해 정해질 것이다.

Claims (3)

  1. 자동차용 유압식 조향펌프를 작동시키는 센서리스형 BLDC 모터의 고전류를 제어하는 방법에 있어서,
    상기 모터에 흐르는 전류를 감지하는 시점, 전류 제한값 및 PID제어 초기값을 설정하는 (1)단계와;
    엔진의 신호를 감지하여 상기 모터를 가동하고 전류감지기와 PID제어기를 작동하는 (2)단계와;
    작동하는 상기 모터의 전류를 상기 전류 제한값과 비교하는 (3)단계와;
    상기 (3)단계에서 상기 모터의 전류가 상기 전류 제한값을 초과하는 경우 상기 모터 출력 속도를 감소시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 고전류 제어방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 (3)단계에서 상기 모터의 전류가 상기 전류 제한값 이하인 경우 PID제어를 하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 모터 고전류 제어방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 모터의 전류 제한값은 85암페어 ± 3%범위를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 고전류 제어방법.
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