JP2014110754A - モータ駆動制御装置、モータ駆動制御方法及びそれを用いたモータ - Google Patents

モータ駆動制御装置、モータ駆動制御方法及びそれを用いたモータ Download PDF

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Abstract

【課題】本発明は、モータ駆動制御装置、モータ駆動制御方法及びそれを用いたモータに関する。
【解決手段】本発明の一具現例によるモータ駆動制御装置は、逆起電力検出部、勾配算出部及び制御部を含む。上記逆起電力検出部は、モータ装置の逆起電力を検出する。上記勾配算出部は、検出した上記逆起電力の勾配を算出する。上記制御部は、上記勾配を用いて上記逆起電力のゼロ交差(Zero‐Crossing)時点を算出し、算出したゼロ交差時点を用いて上記モータ装置の駆動を制御する。
【選択図】図2

Description

本発明は、積分を用いて逆起電力の勾配を簡単に計算し、計算した勾配を用いて逆起電力のゼロ交差(Zero‐Crossing)時点を算出してモータの駆動をより正確に行うことができるモータ駆動制御装置、モータ駆動制御方法及びそれを用いたモータに関する。
モータ技術の発展に伴い、幅広い技術分野で様々な大きさのモータが用いられている。
通常、モータは、永久磁石と、印加電流によって極性を変えるコイルを用いて回転子(Rotor)を回転させることで駆動する。最初のモータの形態は回転子にコイルを備えたブラシタイプであったが、モータの駆動によってブラシが摩耗されるかスパークが発生するなどの問題点があった。
そのため、近年、様々な形態のブラシレスモータが汎用的に使用されている。ブラシレスモータは、回転子を永久磁石として利用し、複数のコイルを固定子に備えて回転子の回転を誘導する方式を有する。
このようなブラシレスモータは、回転子の位置を確認することが必須であり、このために逆起電力(BEMF、Back‐Electromotive Force)を利用する方式が広く用いられている。
しかし、逆起電力を利用する方式は、逆起電力のゼロ交差(Zero‐Crossing)時点を正確に算出することが困難であるという問題点がある。特に、逆起電力にはパルス幅変調信号などの駆動信号が一緒に重畳しており、ゼロ交差時点を正確に算出することが困難であるという限界がある。
下記の先行技術文献は、このようなブラシレスモータに関するものであり、逆起電力のゼロ交差時点を正確に算出することができないという限界がある。
また、下記の先行技術文献は、逆起電力のゼロ交差時点を計算する技術においてもより複雑な構成を有しており、迅速かつ正確にゼロ交差時点を計算することができないという限界がある。
韓国登録特許公報第10‐1041076号 韓国登録特許公報第10‐0174492号
本発明は、上記従来技術の問題点を解決するためのものであり、積分を用いて逆起電力の勾配を簡単に計算し、計算した勾配を用いて逆起電力のゼロ交差(Zero‐Crossing)時点を算出することでモータの駆動をより正確に行うことができるモータ駆動制御装置、モータ駆動制御方法及びそれを用いたモータを提供することを目的とする。
本発明の第1の技術的な側面はモータ駆動制御装置を提案する。上記モータ駆動制御装置は、逆起電力検出部、勾配算出部及び制御部を含む。上記逆起電力検出部は、モータ装置の逆起電力を検出する。上記勾配算出部は、検出した上記逆起電力の勾配を算出する。上記制御部は、上記勾配を用いて上記逆起電力のゼロ交差(Zero‐Crossing)時点を算出し、算出したゼロ交差時点を用いて上記モータ装置の駆動を制御する。
一実施例において、上記勾配算出部は、上記逆起電力からパルス幅変調信号を除去するフィルタリング器と、上記フィルタリング器から提供されるフィルタリングされた逆起電力を所定時間積分して上記勾配を算出する積分器と、を含むことができる。
一実施例において、上記積分器は、数式
Figure 2014110754
を用いて勾配aを算出することができる。
一実施例において、上記積分器は、上記フィルタリングされた逆起電力が所定の時間間隔の間に周期的に増加及び減少すると、上記勾配を算出しないことができる。
一実施例において、上記制御部は、最初の電圧レベルに上記勾配を適用して上記最初の電圧レベルの1/2になる時点を上記ゼロ交差時点と決定するゼロ交差決定器を含むことができる。
一実施例において、上記制御部は、上記勾配算出部で行われるフィルタリングによる時間的なディレイを、上記ゼロ交差時点にさらに追加するディレイ追加器をさらに含むことができる。
一実施例において、上記モータ駆動制御装置は、上記制御部の制御により上記モータ装置の駆動制御信号を生成する駆動信号生成部をさらに含むことができ、ここで上記制御部は、上記ゼロ交差時点に応じて相転換を行うように上記駆動信号生成部を制御することができる。
本発明の第2の技術的な側面はモータを提案する。上記モータは、モータ装置と、モータ駆動制御装置と、を含む。上記モータ装置は、モータ装置と、モータ駆動制御装置と、を含む。上記モータ装置は、駆動信号に応じて回転動作を行う。上記モータ駆動制御装置は、上記モータ装置に上記駆動信号を提供して上記モータ装置の駆動を制御する。ここで、上記モータ駆動制御装置は、上記モータ装置で検出した逆起電力の勾配を用いて上記逆起電力のゼロ交差(Zero‐Crossing)時点を算出し、算出したゼロ交差時点を用いて上記駆動信号を生成する。
一実施例において、上記モータ駆動制御装置は、モータ装置の逆起電力を検出する逆起電力検出部と、検出した上記逆起電力の勾配を算出する勾配算出部と、上記勾配を用いて上記逆起電力のゼロ交差(Zero‐Crossing)時点を算出し、算出したゼロ交差時点を用いて上記モータ装置の駆動を制御する制御部と、を含むことができる。
一実施例において、上記勾配算出部は、上記逆起電力からパルス幅変調信号を除去するフィルタリング器と、上記フィルタリング器から提供されるフィルタリングされた逆起電力を所定時間積分して上記勾配を算出する積分器と、を含むことができる。
一実施例において、上記積分器は、数式
Figure 2014110754
を用いて勾配aを算出することができる。
一実施例において、上記制御部は、最初の電圧レベルに上記勾配を適用して上記最初の電圧レベルの1/2になる時点を上記ゼロ交差時点と決定するゼロ交差決定器を含むことができる。
本発明の第3の技術的な側面はモータ駆動制御方法を提案する。上記モータ駆動制御方法は、モータ装置の駆動を制御するモータ駆動制御装置で行われる。上記モータ駆動制御方法は、上記モータ装置の逆起電力を検出する段階と、検出した上記逆起電力の勾配を算出する段階と、上記勾配を用いて上記逆起電力のゼロ交差(Zero‐Crossing)時点を算出し、算出したゼロ交差時点を用いて上記モータ装置の駆動を制御する段階と、を含む。
一実施例において、上記勾配を算出する段階は、上記逆起電力からパルス幅変調信号を除去するためのフィルタリングを行う段階と、上記勾配を算出するために、フィルタリングされた逆起電力を所定時間積分する段階と、を含むことができる。
一実施例において、上記積分する段階は、数式
Figure 2014110754
を用いて勾配aを算出する段階を含むことができる。
一実施例において、上記積分する段階は、上記フィルタリングされた逆起電力が所定の時間間隔の間に周期的に増加及び減少すると、上記勾配を算出しない段階を含むことができる。
一実施例において、上記モータ装置の駆動を制御する段階は、最初の電圧レベルに上記勾配を適用して上記最初の電圧レベルの1/2になる時点を上記ゼロ交差時点と決定する段階を含むことができる。
本発明の一実施形態によると、積分を用いて逆起電力の勾配を簡単に計算し、計算した勾配を用いて逆起電力のゼロ交差(Zero‐Crossing)時点を算出することにより、モータの駆動をより迅速かつ正確に行うことができる効果がある。
モータ駆動制御装置の一例を説明するための構成図である。 本発明によるモータ駆動制御装置の一実施例を説明するための構成図である。 本発明による勾配算出部の一実施例を説明するための詳細構成図である。 本発明による制御部の一実施例と異なる一実施例を説明するための詳細構成図である。 本発明による制御部の一実施例と異なる一実施例を説明するための詳細構成図である。 モータ装置の相電圧及び実際の逆起電力を図示するグラフである。 本発明による勾配を算出する技術を説明するための参照図である。 本発明によるモータ駆動制御方法の一実施例を説明するためのフローチャートである。 本発明によるモータ駆動制御方法の一実施例を説明するための詳細フローチャートである。 本発明によるモータ駆動制御方法の一実施例を説明するための詳細フローチャートである。
以下、添付の図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。
但し、本発明の実施形態は様々な他の形態に変形することができ、本発明の範囲は以下で説明する実施形態に限定されるものではない。また、本発明の実施形態は当技術分野における平均的な知識を有する者に本発明をより完全に説明するために提供されるものである。
本発明で参照する図面において実質的に同一の構成と機能を有する構成要素には同一の符号が用いられ、図面における要素の形状及び大きさなどはより明確な説明のために誇張されることがある。
以下、説明の便宜上、ブラシレスモータに基づき本発明を説明する。しかし、これは説明の便宜のためであり、本発明の権利範囲は必ずしもブラシレスモータに限定されるものではない。
また、以下では、モータ自体はモータ装置20、200と称し、モータ装置20、200を駆動するためのモータ駆動制御装置10、100とモータ装置20、200をまとめてモータと称して説明する。
図1はモータ駆動制御装置の一例を説明するための構成図である。
図1を参照すると、モータ駆動制御装置10は、電源部11と、駆動信号生成部12と、インバータ部13と、逆起電力検出部14と、制御部15と、を含むことができる。
電源部11は、モータ駆動制御装置10の各構成要素に電源を供給することができる。例えば、電源部11は、商用電源の交流電圧を直流電圧に変換して供給することができる。図示された例において、点線で図示された部分は、電源部11から所定の電源が供給されることを意味するものである。
駆動信号生成部12は、インバータ部13に駆動信号を提供することができる。一実施例において、駆動信号はパルス幅変調信号(PWM、Pulse Width Modulation)であることができる。
インバータ部13は、モータ装置20の動作を制御することができる。例えば、インバータ部13は、駆動信号に応じて直流電圧を複数相(例えば、3相乃至4相)の電圧に変換してモータ装置20のコイル(不図示)にそれぞれ印加することができる。
逆起電力検出部14は、モータ装置20の逆起電力を検出することができる。
制御部15は、逆起電力検出部14から提供される逆起電力を用いて駆動信号を生成するように駆動信号生成部12を制御することができる。例えば、制御部15は、逆起電力のゼロ交差(Zero‐Crossing)時点で相転換を行うように駆動信号生成部12を制御することができる。
モータ装置20は、駆動信号に応じて回転動作を行うことができる。例えば、モータ装置20は、インバータ部13から提供される各相に流れる電流により、モータ装置20の各コイル(固定子)に磁場を発生させることができる。このような各コイルに発生する磁場により、モータ装置20に備えられた回転子(不図示)が回転することができる。
以下、図2から図10を参照して本発明の様々な実施例について説明する。
後述する本発明の様々な実施例に関する説明のうち、図1を参照して上述した内容と同一であるかそれに対応する内容については重複して説明しない。しかし、当業者であれば、上述した説明から本発明の具体的な内容を明確に理解することができる。
図2は本発明によるモータ駆動制御装置の一実施例を説明するための構成図である。
図2を参照すると、モータ駆動制御装置100は、電源部110と、駆動信号生成部120と、インバータ部130と、逆起電力検出部140と、勾配算出部150と、制御部160と、を含むことができる。
電源部110は、モータ駆動制御装置100の各構成要素に電源を供給することができる。
駆動信号生成部120は、制御部160の制御によりモータ装置200の駆動信号を生成することができる。例えば、所定のデューティ比を有するパルス幅変調信号(以下、PWM信号)を生成してインバータ部130に提供し、モータ装置200を駆動させることができる。
インバータ部130は、駆動信号の入力を受けてモータ装置200の各相を駆動させることができる。
逆起電力検出部140は、モータ装置200から発生する逆起電力を検出することができる。
一実施例において、モータ装置200の中性点が露出している場合、逆起電力検出部140は、モータ装置200の中性点に電気的に連結して逆起電力を検出することができる。
他の一実施例において、モータ装置200の中性点が露出していない場合、逆起電力検出部140は、モータ装置200の各相を連結する仮想の中性点を用いて逆起電力を検出することができる。
勾配算出部150は、検出した逆起電力の勾配を算出することができる。
一実施例において、勾配算出部150は、検出した逆起電力を積分して勾配を算出することができる。
このような勾配算出部150の具体的な一実施例については、図3を参照して以下でより詳細に説明する。
制御部160は、勾配算出部150で算出した勾配を用いて逆起電力のゼロ交差(Zero‐Crossing)時点を算出し、算出したゼロ交差時点を用いてモータ装置200の駆動を制御することができる。
このような制御部160の具体的な一実施例については、図4から図5を参照して以下でより詳細に説明する。
図3は本発明による勾配算出部の一実施例を説明するための詳細構成図であり、図6はモータ装置の相電圧及び実際の逆起電力を図示するグラフであり、図7は本発明による勾配を算出する技術を説明するための参照図である。
以下、図3、図6及び図7を参照して、本発明による勾配算出部150についてより詳細に説明する。
図3に図示された一実施例において、勾配算出部150は、フィルタリング器151と、積分器152と、を含むことができる。
フィルタリング器151は、検出した逆起電力からパルス幅変調信号を除去するフィルタリングを行うことができる。例えば、フィルタリング器151は、パルス幅変調信号帯域をフィルタリングするローパスフィルタで構成されることができる。図6は相電圧とフィルタリングされた電圧を図示しており、図6に図示されたように、フィルタリングされた電圧は相電圧に対応する勾配を有することが分かる。
積分器152は、検出した逆起電力を所定時間積分し、逆起電力の勾配を算出することができる。実施例により、フィルタリング器151が存在する場合、積分器152は、フィルタリング器151から提供されるフィルタリングされた逆起電力を積分して勾配を算出することができる。
一実施例において、積分器152は、以下の式1を用いて積分を行うことができる。
Figure 2014110754
ここで、Vdcは逆起電力の勾配の最初のレベルであり、aは勾配である。このような実施例において、Vdc値と時間t値は既知の値であるため、積分器152は非常に簡単な計算を行って勾配aを算出することができる。従って、積分器152は、所定の積分を行いつつ非常に簡単に構成されることができ、これにより積分の時間的な効率が高くなることができる。
一実施例において、積分器152は、逆起電力の一定な勾配を有する区間のうち少なくとも一部に対して積分を行うことができる。このような積分が行われる区間を簡単に図式化すると図7のとおりである。
一実施例において、フィルタリングされた逆起電力が所定の時間間隔の間に周期的に増加及び減少する場合、一定な勾配が算出されないため、積分器152は該当区間に対しては勾配を算出しないことができる。
図4は本発明による制御部160の一実施例を説明するための詳細構成図であり、図5は本発明による制御部160の他の一実施例を説明するための詳細構成図である。
図4の一実施例を参照すると、制御部160は、ゼロ交差決定器161と、制御器162と、を含むことができる。
ゼロ交差決定器161は、逆起電力のゼロ交差時点を決定することができる。より詳細に説明すると、ゼロ交差決定器161は、逆起電力の最初の電圧レベル(図7、Vdc)に、勾配算出部150から提供された勾配を適用することができる。ゼロ交差決定器161は、勾配を適用した結果、最初の電圧レベル(図7、Vdc)の1/2になる時点をゼロ交差時点と決定することができる。
即ち、ゼロ交差決定器161は、勾配と逆起電力の最初の電圧レベル(図7、Vdc)のみを用いてゼロ交差時点を決定することができるため、簡単な構成で迅速にゼロ交差時点を決定することができる。
制御器162は、決定されたゼロ交差時点を用いて相転換を行うように駆動信号生成部120を制御することができる。
図5の他の一実施例を参照すると、制御部160は、ディレイ追加器163をさらに含むことができる。図5の他の一実施例は、フィルタリング器151によってフィルタリングディレイが発生する実施例に適用することができる。
ディレイ追加器163は、勾配算出部150で行われるフィルタリングによる時間的なディレイをゼロ交差時点にさらに追加することができる。勾配算出部150のフィルタリング器151は固定された特性を有しており、フィルタリング器151によって発生するディレイは比較的一定な時間的ディレイを有することができる。従って、ディレイ追加器163はこのような時間的なディレイを補償することができる。図6のグラフを参照してより詳細に説明すると、勾配算出部150で行われるフィルタリングにより、図示されたように所定のディレイが発生することがある。従って、ディレイ追加器163は、勾配算出部150のフィルタリングによって発生するディレイを補償し、ゼロ交差時点をより正確に算出するようにすることができる。
ディレイ追加器163は、フィルタリングによるディレイが補償されたゼロ交差時点を提供することができ、制御器162は、このようなフィルタリングディレイが補償されたゼロ交差時点を用いて相転換を行うように駆動信号生成部120を制御することができる。
図8は本発明によるモータ駆動制御方法の一実施例を説明するためのフローチャートであり、図9及び図10は本発明によるモータ駆動制御方法の一実施例を説明するための詳細フローチャートである。
以下、図8から図10を参照して、本発明によるモータ駆動制御方法の一実施例について説明する。本発明によるモータ駆動制御方法の一実施例は、図2から図7を参照して上述したモータ駆動制御装置100で行われるため、上述した説明と同一であるかそれに対応する内容については重複して説明しない。
図8を参照すると、モータ駆動制御装置100は、モータ装置200の逆起電力を検出することができる(段階S810)。モータ駆動制御装置100は、検出した上記逆起電力の勾配を算出し(段階S820)、算出した勾配を用いて逆起電力のゼロ交差(Zero‐Crossing)時点を算出することができる(段階S830)。
モータ駆動制御装置100は、算出したゼロ交差時点を用いてモータ装置200の駆動を制御することができる(段階S840)。
図9を参照して、勾配を算出する段階(段階S820)に関する一実施例について説明すると、モータ駆動制御装置100は、逆起電力からパルス幅変調信号を除去するためのフィルタリングを行うことができる(段階S821)。モータ駆動制御装置100は、逆起電力が周期的に増減するかを確認し(段階S822)、逆起電力が一定な勾配を有すると判断した場合(段階S822、いいえ)には、フィルタリングされた逆起電力を所定時間積分して勾配を算出することができる(段階S823)。
ここで、モータ駆動制御装置100が上記式1を用いて積分を行って勾配a(図7)を算出することができることは上述したとおりである。
図10を参照して、ゼロ交差時点を算出する段階(段階S830)に関する一実施例について説明すると、モータ駆動制御装置100は、最初の電圧レベルVdcに勾配を適用し(段階S831)、勾配を反映して最初の電圧レベルVdcの1/2に該当するレベルの時点をゼロ交差時点と決定することができる(段階S832)。
以上で説明した本発明は、上述の実施例及び添付の図面により限定されず、添付の特許請求の範囲により限定され、本発明の構成は、本発明の技術的思想を外れない範囲内でその構成を多様に変更及び改造することができるということは、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者であれば容易に分かるであろう。
10、100 モータ駆動制御装置
11、110 電源部
12、120 駆動信号生成部
13、130 インバータ部
14、140 逆起電力検出部
15、160 制御部
150 勾配算出部
151 フィルタリング器
152 積分器
161 ゼロ交差決定器
162 制御器
163 ディレイ追加器
20、200 モータ装置

Claims (13)

  1. モータ装置の逆起電力を検出する逆起電力検出部と、
    検出した前記逆起電力の勾配を算出する勾配算出部と、
    前記勾配を用いて前記逆起電力のゼロ交差(Zero‐Crossing)時点を算出し、算出したゼロ交差時点を用いて前記モータ装置の駆動を制御する制御部と、を含む、モータ駆動制御装置。
  2. 前記勾配算出部は、
    前記逆起電力からパルス幅変調信号を除去するフィルタリング器と、
    前記フィルタリング器から提供されるフィルタリングされた逆起電力を所定時間積分して前記勾配を算出する積分器と、を含む、請求項1に記載のモータ駆動制御装置。
  3. 前記積分器は、数式
    Figure 2014110754
    を用いて勾配aを算出する、請求項2に記載のモータ駆動制御装置。
  4. 前記積分器は、前記フィルタリングされた逆起電力が所定の時間間隔の間に周期的に増加及び減少すると、前記勾配を算出しない、請求項2または3に記載のモータ駆動制御装置。
  5. 前記制御部は、最初の電圧レベルに前記勾配を適用して前記最初の電圧レベルの1/2になる時点を前記ゼロ交差時点と決定するゼロ交差決定器を含む、請求項1から4の何れか1項に記載のモータ駆動制御装置。
  6. 前記制御部は、前記勾配算出部で行われるフィルタリングによる時間的なディレイを、前記ゼロ交差時点にさらに追加するディレイ追加器をさらに含む、請求項5に記載のモータ駆動制御装置。
  7. 前記モータ駆動制御装置は、前記制御部の制御により前記モータ装置の駆動制御信号を生成する駆動信号生成部をさらに含み、
    前記制御部は、前記ゼロ交差時点に応じて相転換を行うように前記駆動信号生成部を制御する、請求項1から6の何れか1項に記載のモータ駆動制御装置。
  8. 駆動信号に応じて回転動作を行うモータ装置と、
    前記モータ装置に前記駆動信号を提供して前記モータ装置の駆動を制御する、請求項1から7の何れか1項に記載のモータ駆動制御装置と、を含み
    前記モータ駆動制御装置は、前記モータ装置で検出した逆起電力の勾配を用いて前記逆起電力のゼロ交差(Zero‐Crossing)時点を算出し、算出したゼロ交差時点を用いて前記駆動信号を生成する、モータ。
  9. モータ装置の駆動を制御するモータ駆動制御装置で行われるモータ駆動制御方法であって、
    前記モータ装置の逆起電力を検出する段階と、
    検出した前記逆起電力の勾配を算出する段階と、
    前記勾配を用いて前記逆起電力のゼロ交差(Zero‐Crossing)時点を算出し、算出したゼロ交差時点を用いて前記モータ装置の駆動を制御する段階と、を含む、モータ駆動制御方法。
  10. 前記勾配を算出する段階は、
    前記逆起電力からパルス幅変調信号を除去するためのフィルタリングを行う段階と、
    前記勾配を算出するために、フィルタリングされた逆起電力を所定時間積分する段階と、を含む、請求項9に記載のモータ駆動制御方法。
  11. 前記積分する段階は、数式
    Figure 2014110754
    を用いて勾配aを算出する段階を含む、請求項10に記載のモータ駆動制御方法。
  12. 前記積分する段階は、前記フィルタリングされた逆起電力が所定の時間間隔の間に周期的に増加及び減少すると、前記勾配を算出しない段階を含む、請求項10または11に記載のモータ駆動制御方法。
  13. 前記モータ装置の駆動を制御する段階は、最初の電圧レベルに前記勾配を適用して前記最初の電圧レベルの1/2になる時点を前記ゼロ交差時点と決定する段階を含む、請求項9から12の何れか1項に記載のモータ駆動制御方法。
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