JP2015109787A - モータ駆動装置及びモータ駆動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、過電圧保護機能があるモータ駆動装置及びモータ駆動方法に関する。【解決手段】本発明は、逆起電力の電圧からインバータまたは制御器を保護するための保護機能を有するモータ駆動装置及びモータ駆動方法に関するもので、駆動電源をスイッチングしてモータを駆動させる少なくとも一つのインバータアームを有する駆動部、上記モータからの逆起電圧を充電部に伝達する伝達経路を形成する第１スイッチ部、及び上記駆動部の駆動ラインと上記モータとの間に位置する少なくとも一つのスイッチを備え、上記少なくとも一つのスイッチは、予め設定された周期でターンオン及びターンオフされて上記モータからの逆起電圧の電圧レベルを低減させる第２スイッチ部を含むモータ駆動装置及びモータ駆動方法を提案する。【選択図】図１

Description

本発明は、過電圧保護機能があるモータ駆動装置及びモータ駆動方法に関する。

最近は、モータ（電動機）及びこれを活用する電力電子分野における技術の飛躍的な発展に伴い、モータを用いるシステムに適用されるモータのサイズが次第に小型化されている。

このようなモータのうち永久磁石モータは、高効率及び高性能を有し、単位体積当たりの出力密度が非常に高いため小型軽量に製作するのに有利になる。

しかし、永久磁石モータが６０Ｖ以下の低圧の電源を用いるシステムに適用される場合、６０００ｒｐｍ以上の高速駆動時に、永久磁石モータにおいて発生する逆起電力の電圧が電源電圧より非常に高くなる可能性があるため、誘導型モータ、巻線型同期モータ、クローポール型（ｃｌａｗ ｐｏｌｅ）モータなどが低圧の電源を用いるシステムに主に用いられることができる。

即ち、永久磁石モータは、インバータ及び制御器が異常動作する場合、永久磁石による逆起電力の電圧がそのままインバータまたは制御器に流入されてシステム全体が異常動作するという問題点があり得る。

下記先行技術文献には、保護機能動作を有するモータ駆動装置が提案されているが、モータにおいて発生する逆起電力の電圧からインバータまたは制御器を保護するための保護機能については記載されていない。

韓国公開特許第２０１０−００４４４１６号公報

本発明の課題は、上記した問題点を解決するためのもので、逆起電力の電圧からインバータまたは制御器を保護するための保護機能を有するモータ駆動装置及びモータ駆動方法を提案することである。

上述した本発明の課題を解決すべく、本発明の技術的な一側面は、駆動電源をスイッチングしてモータを駆動させる少なくとも一つのインバータアームを有する駆動部と、上記モータからの逆起電圧を充電部に伝達する伝達経路を形成する第１スイッチ部と、上記駆動部の駆動ラインと上記モータとの間に位置する少なくとも一つのスイッチを備え、上記少なくとも一つのスイッチは予め設定された周期でターンオン及びターンオフされて上記モータからの逆起電圧の電圧レベルを低減させる第２スイッチ部と、を含むモータ駆動装置を提案する。

本発明の技術的な一側面によると、上記駆動部は３相インバータアームを有することができる。

本発明の技術的な一側面によると、上記第２スイッチ部は、上記駆動部からの３相駆動ラインのうち２相の駆動ラインにそれぞれ位置する第１スイッチ及び第２スイッチを備えることができる。

本発明の技術的な一側面によると、上記第１スイッチ及び第２スイッチは、上記モータから逆起電圧が発生すると、予め設定された時間の間予め設定された周期でターンオン及びターンオフされ、上記予め設定された時間の後に、上記第１スイッチ及び第２スイッチはターンオフされることができる。

本発明の技術的な一側面によると、上記第１スイッチ及び第２スイッチは、上記第１スイッチ部の伝達経路の形成後に、上記モータからの逆起電圧の電圧レベルが予め設定された基準電圧レベル以上であると、上記予め設定された時間の間上記予め設定された周期でターンオン及びターンオフを繰り返すことで、上記モータからの逆起電圧の電圧レベルを低減させることができる。

本発明の技術的な一側面によると、上記モータは永久磁石モータであることができる。

本発明の技術的な一側面によると、上記第１スイッチ部は、上記モータからの逆起電圧が発生すると、ターンオンされて上記逆起電圧が上記充電部に伝達される伝達経路を形成し、上記第２スイッチ部は、上記逆起電圧の電圧レベルが予め設定された基準電圧以上であると、ターンオン及びターンオフを繰り返すことで上記逆起電圧の電圧レベルを低減させることができる。

本発明の技術的な一側面によると、上記第２スイッチ部は、上記逆起電圧の電圧レベルが予め設定された時間の間上記基準電圧以上であると、ターンオフされて上記逆起電圧の伝達を遮断させることができる。

上述した本発明の課題を解決すべく、本発明の他の技術的な一側面は、モータから逆起電圧が発生すると、第１スイッチ部をターンオンさせて上記逆起電圧が電源を充電する充電部に伝達される伝達経路を形成する第１保護段階と、
上記逆起電圧の電圧レベルが予め設定された基準電圧以上であると、モータを駆動させる駆動部の駆動ラインと上記モータとの間に位置する少なくとも一つのスイッチを予め設定された周期でターンオン及びターンオフを繰り返すことで上記逆起電圧の電圧レベルを低減させる第２保護段階と、を含むモータ駆動方法を提案する。

本発明の他の技術的な一側面によると、上記第２保護段階において、予め設定された時間の間上記少なくとも一つのスイッチが予め設定された周期でターンオン及びターンオフを繰り返した後、上記逆起電圧の電圧レベルが予め設定された基準電圧以上であると、上記少なくとも一つのスイッチをターンオフ状態に維持させる第３保護段階をさらに含むことができる。

本発明の他の技術的な一側面によると、上記モータは３相永久磁石モータであることができる。

本発明の他の技術的な一側面によると、上記第２保護段階は、上記モータを駆動させる駆動信号を上記モータに伝達する３相駆動ラインのうち２相の駆動ラインの信号伝達経路をターンオン及びターンオフさせることができる。

本発明によると、インバータの異常動作時に、モータから流入される逆起電力の電圧からインバータまたは制御器を保護することができるという効果がある。

本発明のモータ駆動装置を概略的に示した回路図である。 本発明のモータ駆動装置の第１スイッチ部の動作を概略的に示した回路図である。 本発明のモータ駆動方法を概略的に示した動作流れ図である。 モータから印加される逆起電圧を示したグラフである。 本発明のモータ駆動装置の第２スイッチ部によって逆起電圧の電圧レベルが低減されることを示したグラフである。

以下では、添付の図面を参照し、本発明の好ましい実施形態について説明する。しかし、本発明の実施形態は様々な他の形態に変形されることができ、本発明の範囲は以下で説明する実施形態に限定されない。また、本発明の実施形態は、当該技術分野で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。したがって、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。

なお、明細書の全体において、ある部分が他の部分と「連結」されているとする場合、これは「直接的に連結」されている場合だけでなく、その間に他の素子を介して「間接的に連結」されている場合も含む。

さらに、ある構成要素を「含む」とすることは、特別に反対される記載がない限り、他の構成要素を除くのではなく、他の構成要素をさらに含むことができるということを意味する。

以下では、図面を参照して本発明について詳細に説明する。

図１は本発明のモータ駆動装置を概略的に示した回路図であり、図２は本発明のモータ駆動装置の第１スイッチ部の動作を概略的に示した回路図である。

図１を参照すると、本発明のモータ駆動装置１００は、駆動部１１０、第１スイッチ部１２０、及び第２スイッチ部１３０を含むことができる。

駆動部１１０は、少なくとも一つのインバータアームを有することができる。上記少なくとも一つのインバータアームには、二つのスイッチが直列連結されることができ、上記二つのスイッチの連結点からモータまで駆動ラインが形成されてモータを駆動させる駆動信号が伝達されることができる。

本発明の一実施例として、駆動部１１０は、３相インバータアーム１１１、１１２、１１３を有することができ、第１インバータアーム１１１、第２インバータアーム１１２、及び第３インバータアーム１１３のそれぞれは、駆動電源が印加される両端の間に直列連結された二つの駆動スイッチ（Ｓ１、Ｓ４）、（Ｓ２、Ｓ５）、（Ｓ３、Ｓ６）を備えることができる。

まず、モータは、外部から駆動電源の供給を受けてパルス幅変調信号によって回転動作を行うことができる。

例えば、駆動部１１０から提供される駆動電流により、モータの各コイルに磁場が発生することができる。

このようなコイルにおいて発生する磁場により、モータに備えられた回転子が回転することができる。

駆動部１１０は、モータにパルス幅変調信号を提供することにより、モータの駆動を制御することができる。

駆動部１１０は、モータの逆起電力（Ｂａｃｋ Ｅｌｅｃｔｒｏｍｏｔｉｖｅ Ｆｏｒｃｅ）の零交差（ｚｅｒｏ ｃｒｏｓｓｉｎｇ）時点を検出してモータＭの相転換時点を決定することができる。

また、駆動部１１０は、相転換時点が反映されたパルス幅変調信号をモータに提供することで、モータの駆動を制御することができる。

駆動部１１０は、パルス幅変調信号によって直流電圧を単相または複数の相（例えば、３相または４相）電圧に変換してモータＭのコイル（上記複数の相に対応）にそれぞれ印加することで磁場を発生させることができる。

駆動部１１０は、単相電圧または複数の相に順に相電圧を印加することにより、モータの回転子を回転させることができる。

例えば、モータの固定子が極性を有する永久磁石であり、回転子が３個のコイルを有するとした場合、駆動部１１０は、第１インバータアーム１１１、第２インバータアーム１１２、及び第３インバータアーム１１３を備え、第１から第３インバータアーム１１１、１１２、１１３からの駆動ラインによって回転子の３個のコイル（３相）に順に相電圧を印加することで磁場を発生させることができる。

したがって、発生した磁場によって回転子は所定の極性を有するようになり、各相ごとに順に極性を有するようになるため、回転子は固定子を中心に回転を行うようになる。

一方、外部衝撃または故障などが原因でモータの起動に失敗して駆動部１１０が正常動作しないことがある。このとき、モータは回転し続いているため、モータから発生した逆起電圧が、駆動部１１０、または駆動部１１０の第１から第３インバータアーム１１１、１１２、１１３にパルス幅変調信号を提供する制御器（図示せず）などに印加される可能性がある。

このため、第１スイッチ部１２０はスイッチＳ７を備えることができる。スイッチＳ７は、直流電源を充電することができる充電部１４０と駆動部１１０の間に位置することで、図２に示された矢印のようにターンオンされてモータから発生した逆起電圧が充電部１４０に印加されるように伝達経路を形成することができる。

また、第２スイッチ部１３０は、少なくとも一つのスイッチを備えることができ、上記少なくとも一つのスイッチは駆動部のインバータアームとモータとの駆動ラインに形成されることができる。

本発明の一実施例として、駆動部１１０は、第１から第３インバータアーム１１１、１１２、１１３を備えることができ、第２スイッチ部１３０は第１から第３インバータアームとモータとの３相駆動ラインのうち２相の駆動ラインにそれぞれ形成された第１スイッチＳ８及び第２スイッチＳ９を備えることができる。

第２スイッチ部１３０の第１及び第２スイッチＳ８、Ｓ９は、ターンオン及びターンオフを繰り返すことで、モータから発生した逆起電圧の電圧レベルを低減させることができる。

第２スイッチ部１３０の第１及び第２スイッチＳ８、Ｓ９のターンオン及びターンオフの繰り返し動作は、第１スイッチ部１２０のスイッチＳ７のターンオン動作後に、モータから発生した逆起電圧の電圧レベルが予め設定された基準電圧レベル以上の場合に行われることができる。また、第１及び第２スイッチＳ８、Ｓ９のターンオン及びターンオフの繰り返し動作が予め設定された時間の間行われた後、モータから発生した逆起電圧の電圧レベルが予め設定された基準電圧レベル以上の場合、第１及び第２スイッチＳ８、Ｓ９はターンオフされてモータから発生した逆起電圧が駆動部１１０に印加されることを遮断することができる。

図３は本発明のモータ駆動方法を概略的に示した動作流れ図である。

図１及び図３を参照すると、まず、駆動部１１０の異常動作が原因でモータの起動に失敗した場合、モータから発生した逆起電圧が駆動部１１０に印加されることができる。

このとき、第１スイッチ部１２０のスイッチＳ７はターンオンされて、駆動部１１０に印加される逆起電圧が充電部１４０に印加できるように伝達経路を形成することができる（Ｓ１０）。

また、第１スイッチ部１２０のスイッチＳ７がターンオンされてから一定時間が経った後に、モータから発生した逆起電圧の電圧レベルが予め設定された基準電圧レベル以上であってもよい。

このとき、第２スイッチ部１３０の第１及び第２スイッチＳ８、Ｓ９は、予め設定された周期でターンオン及びターンオフを繰り返すことができる。これにより、モータから発生した逆起電圧の電圧レベルを低減させることができる（Ｓ２０）。

最後に、第２スイッチ部１３０の第１及び第２スイッチＳ８、Ｓ９のターンオン及びターンオフの動作が繰り返され、予め設定された一定時間が経った後も、モータから発生した逆起電圧の電圧レベルが予め設定された基準電圧レベル以上である場合、第１及び第２スイッチＳ８、Ｓ９がターンオフされることで、モータから発生した逆起電圧が駆動部１１０に印加されることを遮断することができる（Ｓ３０）。

図４はモータから印加される逆起電圧を示したグラフであり、図５は本発明のモータ駆動装置の第２スイッチ部によって逆起電圧の電圧レベルが低減されることを示したグラフである。

図４には、モータの起動失敗時に、モータから発生する可能性がある逆起電圧の電圧レベルが示されている。

一例として、１００Ｖｐ−ｐの逆起電圧が発生することが図示されている。

図５を参照すると、第２スイッチ部１３０の第１及び第２スイッチＳ８、Ｓ９が予め設定された周期でターンオン及びターンオフを繰り返す場合、モータの起動失敗時に、モータから発生する可能性がある逆起電圧の電圧レベルが低減されることが確認できる。

図示されたように、例えば、１００Ｖｐ−ｐの逆起電圧が発生する場合、９０Ｖｐ−ｐ程度に逆起電圧の電圧レベルが低減されることが分かる。

上記の通り、本発明によると、インバータの異常動作時に、モータから流入される逆起電力の電圧からインバータまたは制御器を保護することができるようになる。

以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されず、特許請求の範囲に記載された本発明の技術的思想から外れない範囲内で多様な修正及び変形が可能であるということは、当技術分野の通常の知識を有するものには明らかである。

１００ モータ駆動装置
１１０ 駆動部
１１１ 第１インバータアーム
１１２ 第２インバータアーム
１１３ 第３インバータアーム
１２０ 第１スイッチ部
１３０ 第２スイッチ部
１４０ 充電部
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６ 駆動スイッチ
Ｓ７ スイッチ
Ｓ８ 第１スイッチ
Ｓ９ 第２スイッチ

Claims (12)

1. 駆動電源をスイッチングしてモータを駆動させる少なくとも一つのインバータアームを有する駆動部と、
   前記モータからの逆起電圧を充電部に伝達する伝達経路を形成する第１スイッチ部と、
   前記駆動部の駆動ラインと前記モータとの間に位置する少なくとも一つのスイッチを備え、前記少なくとも一つのスイッチは予め設定された周期でターンオン及びターンオフされて前記モータからの逆起電圧の電圧レベルを低減させる第２スイッチ部と
   を含む、モータ駆動装置。
2. 前記駆動部は３相インバータアームを有する、請求項１に記載のモータ駆動装置。
3. 前記第２スイッチ部は、前記駆動部からの３相駆動ラインのうち２相の駆動ラインにそれぞれ位置する第１スイッチ及び第２スイッチを備える、請求項２に記載のモータ駆動装置。
4. 前記第１スイッチ及び第２スイッチは、前記モータから逆起電圧が発生すると、予め設定された時間の間予め設定された周期でターンオン及びターンオフされ、
   前記予め設定された時間の後に、前記第１スイッチ及び第２スイッチはターンオフされる、請求項３に記載のモータ駆動装置。
5. 前記第１スイッチ及び第２スイッチは、前記第１スイッチ部の伝達経路の形成後に、前記モータからの逆起電圧の電圧レベルが予め設定された基準電圧レベル以上であると、前記予め設定された時間の間前記予め設定された周期でターンオン及びターンオフを繰り返すことで、前記モータからの逆起電圧の電圧レベルを低減させる、請求項３に記載のモータ駆動装置。
6. 前記モータは永久磁石モータである、請求項１から５の何れか１項に記載のモータ駆動装置。
7. 前記第１スイッチ部は、前記モータからの逆起電圧が発生すると、ターンオンされて前記逆起電圧が前記充電部に伝達される伝達経路を形成し、
   前記第２スイッチ部は、前記逆起電圧の電圧レベルが予め設定された基準電圧以上であると、ターンオン及びターンオフを繰り返すことで、前記逆起電圧の電圧レベルを低減させる、請求項１から６の何れか１項に記載のモータ駆動装置。
8. 前記第２スイッチ部は、前記逆起電圧の電圧レベルが予め設定された時間の間前記基準電圧以上であると、ターンオフされて前記逆起電圧の伝達を遮断させる、請求項７に記載のモータ駆動装置。
9. モータから逆起電圧が発生すると、第１スイッチ部をターンオンさせて前記逆起電圧が電源を充電する充電部に伝達される伝達経路を形成する第１保護段階と、
   前記逆起電圧の電圧レベルが予め設定された基準電圧以上であると、モータを駆動させる駆動部の駆動ラインと前記モータとの間に位置する少なくとも一つのスイッチを予め設定された周期でターンオン及びターンオフを繰り返すことで前記逆起電圧の電圧レベルを低減させる第２保護段階と
   を含む、モータ駆動方法。
10. 前記第２保護段階において、予め設定された時間の間前記少なくとも一つのスイッチが予め設定された周期でターンオン及びターンオフを繰り返した後、前記逆起電圧の電圧レベルが予め設定された基準電圧以上であると、前記少なくとも一つのスイッチをターンオフ状態に維持させる第３保護段階をさらに含む、請求項９に記載のモータ駆動方法。
11. 前記モータは３相永久磁石モータである、請求項９または１０に記載のモータ駆動方法。
12. 前記第２保護段階は、前記モータを駆動させる駆動信号を前記モータに伝達する３相駆動ラインのうち２相の駆動ラインの信号伝達経路をターンオン及びターンオフさせる、請求項１１に記載のモータ駆動方法。

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