KR0140352B1 - 직류 브러쉬리스모터의 구동제어장치 및 구동방법 - Google Patents

직류 브러쉬리스모터의 구동제어장치 및 구동방법

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KR0140352B1
KR0140352B1 KR1019940006219A KR19940006219A KR0140352B1 KR 0140352 B1 KR0140352 B1 KR 0140352B1 KR 1019940006219 A KR1019940006219 A KR 1019940006219A KR 19940006219 A KR19940006219 A KR 19940006219A KR 0140352 B1 KR0140352 B1 KR 0140352B1
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미치카 유에스기
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사토 후미오
가부시키가이샤 도시바
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Abstract

본 발명은 정류회로의 전류의 역류를 방지할 수 있고 이에 의해 정류회로의 전기부품의 보호모터의 운전효율의 향상, 소음 및 진동의 감소를 꾀할 수 있는 직류 브러쉬리스모터의 구동제어장치 및 구동방법을 제공하는 직류 브러쉬리스모터의 구동제어장치 및 구동방법에 관한 것으로, 삼상권선 Lu,Lv,Lw를 갖는 스테이터(1) 및 영구자석을 갖는 로터에 의해 직류브러쉬리스모터가 구성되며, 상류측 및 하류측 트랜지스터의 직렬회로를 삼상으로 나누어 설치한 스위칭 회로가 있고 1개 상의 상류측 트랜지스터와 다른 1개상의 하류측 트랜지스터를 온하여 2개의 상권선으로의 2상통전을 하고, 나머지 비통전된 1개의 상권선에서 발생하는 유기전압 V1으로부터 로터의 회전위치를 검출하며, 검출한 회전위치에 따라 2상통전을 순차적으로 전환하고 로터의 회전을 계속하며, 2상 통전의 전환후 처음 소정기간은, 온타이밍 되는 2개의 트랜지스터중 2상통전의 전환전 부터 온타이밍에 있던 트랜지스터를 연속온하고, 새롭게 온 타이밍이 되는 트랜지스터를 단속 온하는 것을 특징으로 한다.

Description

직류 브러쉬리스모터의 구동제어장치 및 구동방법
제1도는 본 발명의 한 실시예에 있어서 제어부의 구성을 도시한 블럭도,
제2도는 상기 실시예에 있어서 통전모드와 각 트랜지스터의 동작과의 대응관계의 포맷을 도시한 도면,
제3도는 상기 실시예의 작용을 설명하기 위한 신호파형도,
제4도는 상기 실시예에 있어서 전류의 흐름을 도시한 도면,
제5도는 제3도에 있어서 직류전류의 파형을 확대하여 도시한 도면,
제6도는 종래 장치에 있어서 직류전류의 파형을 확대하여 도시한 도면,
제7도는 한 실시예의 변형예를 설명하기 위한 신호파형도,
제8도는 한 실시예 및 종래 장치의 전체적인 구성도,
제9도는 종래 장치에 있어서 제어부의 구성을 도시한 블럭도,
제10도는 종래 장치에 있어서 통전모드와 각 트랜지스터의 동작과의 대응관계의 포맷을 도시한 도면,
제11도는 종래 장치의 작용을 설명하기 위한 신호파형도,
제12도는 종래 장치에 있어서 전류의 흐름의 예를 도시한 도면 및
제13도는 종래 장치에 있어서 전류의 역류를 도시한 도면이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1:직류 브러쉬리스모터 4:스위칭회로
10:제어부 20:위치검출회로
21:타이머카운터 22:제어회로
23:통전모드카운터 24:메모리
25:구동회로 31,32,33:레지스터
41,42,43:비교기
본 발명은 공기조화기 등에 이용되는 직류 브러쉬리스모터의 구동제어장치 및 구동방법에 관한 것이다.
직류브러쉬리스모터는 상권선이 장착되는 스테이터(stator)와 영구자석을 갖는 로터(rotor)로 구성된다. 이 모터에는 2극식과 4극식이 있고, 2극식에서는 성형결선의 삼상권선이 상호 120°의 기계적인 위치만큼 어긋나게 스테이터에 장착되고, 로터에는 1개의 영구자석(자극 N,S)이 설치된다. 4극식에서는 마찬가지로 성형결선의 삼상권선이 2조, 상호 180°의 기계적인 위치만큼 어긋나게 스테이터에 장착되고, 로터에는
2개의 영구자석이 상호 90°의 기계적인 위치만큼 어긋나게 설치된다.
2극식과 4극식의 동작의 차이는 2극식에서는 삼상권선의 전기각 1사이클분의 통전에 로터의 기계각 1사이클분이 대응하고, 4극식에서는 삼상권선의 전기각 2 사이클분의 통전에 로터의 기계각 1사이클이 대응하는 점이다. 이하 전기각과 기계각이 1대1로 대응하는 2극식을 예로 설명한다. 이와 같은 직류 브러쉬리스모터의 구동에 있어서는 교류전원전압을 정류하는 정류회로 및 이 정류회로의 출력을 스위칭에 의해 원하는 주파수의 교류전압으로 변화하는 스위칭회로가 준비되고, 이 스위치회로의 출력전압이 스테이터의 삼상권선에 인가된다. 이와 같은 예로서 일본특허출원 93-74439호에 공개된 것이 있다. 같은 것을 제8도에 도시한다.
도면에 있어서, 1은 직류 브러쉬리스모터로서, 성형결선의 삼상권선 Lu,Lv,Lw를 갖는 스테이터(도시하지 않음) 및 영구자석을 갖는 로터(도시하지 않음)로 구성된다.
교류전원(2)에 정류회로(3)가 접속되고, 그 정류회로(3)의 출력단에 스위칭회로(4)가 접속된다. 이 스위칭회로(4)는 상류측 스위칭소자와 하류측 스위칭소자의 직렬회로를 삼상으로 나누어 설치한 것으로, u상용의 상류측 및 하류측 스위칭소자로서 트랜지스터 Tu+와 Tu-, v상용으로서 트랜지스터 Tu+와 Tu-, w상용으로서 트랜지스터 Tw+와 Tw-가 설치된다. 이들 각상의 직렬회로에 정류회로(3)의 출력전압이 인가된다. 또 역기전력방지용의 댐퍼(damper)다이오드 D가 각 트랜지스터에 병렬접속된다.
스위칭회로(4)에 있어서, 트랜지스터 Tu+와 Tu-의 상호접속점에 상권선 Lu의 연결되지 않은 한쪽 끝이 접속되고, 트랜지스터 Tv+와 Tv-의 상호접속점에 상권선 Lv의 한쪽 끝이 접속되며, 트랜지스터 Tw+와 Tw-의 상호접속점에 상권선 Lw의 한쪽 끝이 접속된다.
정류회로(3)의 출력단에 저항(5)과 저항(6)의 직렬회로가 접속되고, 저항(6)에서 발생하는 전압이 기준전압 Vo로서 비교기(7,8,9)의 반전입력단(-)에 입력된다. 저항(6)에서 발생하는 전압이 정류회로(3)의 출력전압이 1/2의 레벨이 되도록 저항(5,6)의 저항값이 선택된다. 그리고 상권선 Lu의 단자전압은 비교기(7)의 비반전입력단(+)에 입력된다. 상권선 Lv의 단자전압은 비교기(8)의 비반전입력단(+)에 입력된다. 상권선 Lw의 단자전압은 비교기(9)의 비반전입력단(+)에 입력된다. 비교기(7,8,9)의 비반전입력단(+)으로의 입력전압이 기준전압 Vo보다도 낮은때 논리0신호를 출력하고, 비반전입력단(+)으로의 입력전압이 기준전압Vo와 같거나 그 이상이면 논리1신호를 출력한다. 비교기(7,8,9)의 출력은 제어부(10)에 공급된다. 이 제어부(10)는 상권선 Lu, Lv, Lw에서 유기되는 전압 V1을 비교기(7,8,9)를 통해서 검출하고, 그 유기전압 V1의 변화를 기준으로 로터의 회전위치를 검출하면서 스위칭회로(4)의 각 트랜지스터에 대한 구동신호를 작성한다. 이들 구동신호는 스위칭회로(4)의 각 트랜지스터의 베이스에 공급한다.
즉, 스위칭회로(4)의 각 직렬회로 중 1개의 직렬회로의 상류측 트랜지스터와 다른 1개의 직렬회로의 하류측 트랜지스터가 온되는 것으로 2개의 상권선에 대한 통전, 이른바 2상 통전이 이루어진다.
이 2상통전에 의해 자계가 발생하면 그와 영구자석이 만드는 자계와의 상호작용에 의해 로터에 회전토크가 발생하고, 로터가 회전하기 시작한다. 이때 영구자석의 회전에 따른 자기작용에 의해, 비통전되어 있는 하나의 상권선에 전압이 유기된다. 이 유기전압의 변화로부터 로터의 회전위치가 검출되고, 그 회전위치에 기초해 상기 2상통전이 순차적으로 전환한다. 이 2상통전의 전환, 이른바 전류(電流)가 반복됨에 따라 로터의 회전이 계속된다.
만일 전류가 행해지지 않으면 스테이터의 자속과 로터의 자속이 평행이 되는 곳에서 회전이 멈추어 버리기 때문에, 유기전압의 변화로부터 로터의 회전위치가 검출되고, 항상 스테이터의 자속과 로터의 자속이 직교상태를 이루도록 전류가 행해진다.
회전속도제어에 대해서는 2상통전용에서 온타이밍이 되는 2개의 스위칭소자 중 한쪽은 연속 온하고, 다른 쪽은 단속 온하며(쵸핑), 그 단속 온의 온/오프 간격을 조절하는 이른바 PWM(펄스폭변조) 제어에 의해 회전속도가 목표치로 설정된다.
제어부(10)의 구체예가 제9도에 도시되어 있다.
우선 비교기(7,8,9)의 출력이 위치검출회로(20)에 입력된다. 이 위치검출회로(20)는 뒤에 서술하는 통전모드 카운터(23)의 출력(통전모드 A,B,C,D,E,F에 대응하는 카운트값)에 기초하여 비통전된 상권선에 대응하는 비교기 출력(유기전압 V1과 기준전압 V0와의 비교결과)을 선택하고, 그 비교출력의 논리레벨의 변화점(논리 0에서 1또는 논리 1에서 0으로의 변화점)을 뒤에 서술하는 비교기(42)로부터의 위치검출허용명령을 받은 때부터 통전모드카운터(22)의 카운트값이 변화(전류)하기까지의 기간에 있어서 감시하고 변화점이 있으면 그것을 로터의 회전기준위치로서 잡고서 위치검출신호를 출력한다. 위치검출회로(20)에서 출력되는 위치검출신호는 타이머카운터(21) 및 제어회로(22)에 보내진다. 타이머카운터(21)는 위치검출신호를 받을 때 그때까지의 카운트값을 데이터 출력하고 새로운 카운트를 다시 시작한다. 즉, 타이머카운터(21)에 의해 회전기준위치가 검출된 후에 다음 회전위치가 검출되기까지의 시간간격 T(전기각 60°에 상당)가 측정된다.
제어회로(22)는 위치검출신호를 받았을 때 타이머카운터(21)의 출력데이터(카운트값 T)를 읽어들여 로터의 회전속도를 산출하고, 그것과 목표속도와의 차가 제로로 되도록 구동회로(25)에서 출력되는 온/오프 신호의 온/오프 듀티를 제어한다.(PWM:펄스폭제어). 또, 제어회로(22)는 타이머카운터(21)의 출력데이터(카운트값 T)의 1/2값(=T/2:전기각 30°에 상당)을 산출하여 그것을 레지스터(31)에 세트하고, 또 출력데이터의 3/4의 값(=3T/4:전기각 45°에 상당)을 산출하여 그것을 레지스터(32)에 세트한다.
레지스터(31)로의 세트값T/2(전기각 30°)는 전류까지의 남은 기간에 해당한다. 레지스터(32)로의 세트값3T/4는 전류까지의 남은 기간(전기값 30°)과, 전류후의 유기전압 V1의 검출금지기간(전기값 15°)을 합한 것에 해당한다. 또 검출금지기간(전기값 15°)에 대해서는 전류시의 전류차단에 따른 역기전력이 노이즈로서 유기전압V1에 가하여져, 그 노이즈에 관계없이 회전기준위치인 곳의 유기전압 V1과 기준전압V0와의 교점을 확실히 검출하도록 정해져 있고, 노이즈가 겹치는 기간은 거의 전기각 15°의 기간내에 들어간다는 것의 판단에 기초한다.
레지스터(31,32)의 세트값은 비교기(41,42)에서 각각 타이머카운터(21)의 카운트값과 비교된다. 타이머카운터(21)의 카운트값이 레지스터(31)의 세트값에 도달하면 비교기(41)에 전류명령이 떨어진다. 이 전류 명령은 통전모드 카운터(23)로 보내진다. 타이머카운터(21)의 카운터값이 레지스터(32)의 세트값에 도달하면, 비교기(42)로부터 위치검출허용명령이 떨어진다. 이 위치검출허용명령은 위치검출회로(20)로 보내진다. 통전모드카운터(23)는 카운트값이 1내지 6을 반복하는 6진 카운터로서, 비교기(41)에서 보내지는 전류명령의 회수를 카운트한다. 이 카운트값은 스위칭회로(4)의 트랜지스터에 대한 6종류의 통전모드 A,B,C,D,E,F에 대응한다.
통전모드카운터(23)의 출력은 위치검출회로(20) 및 메모리(24)에 보내진다. 이 메모리(24)는 통전모드 A,B,C,D,E,F에 대응하는 6종류의 구동신호패턴을 기억하고 있다. 이들 기억패턴의 어느 하나가 통전모드 카운터(23)의 카운트값에 따라서 판독되어 구동회로(25)에 보내진다.
구동회로(25)는 메모리(2)에서 판독되는 구동신호패턴에 따라서 각 트랜지스터에 대한 온신호, 오프신호 및 온/오프신호를 출력한다.통전모드A,B,C,D,E,F와 각 트랜지스터의 동작 패턴과의 대응관계가 제10도에 나타나 있다. 도면 중 P는 펄스폭제어 PWM, 즉 온/오프 듀티의 제어를 나타내고, 공란을 오프를 나타내고 있다.
삼상권선 Lu,Lv,Lw에 각각 유기되는 전압 V1및 전류의 파형과, 정류회로(3)로부터 출력되는 직류전류의 파형을 실험에 의해 확인한 것이 제11도이다. 제11도의 실험 데이터를 보면, 전류에 단속 온의 동작을 시작하는 트랜지스터의 최초의 오프기간에 있어서, 직류전류가 부측으로 크게 변동하고, 정류회로(3)로 전류의 역류가 발생하고 있다. 이 역류는 정류회로(3)의 전기부품의 수명에 악영향을 미치고, 또 모터(1)의 토크변동의 증대, 운전효율의 저하, 소음 및 진동의 증대가 되어 나타난다.
예를 들면 통전모드 B에서는 트랜지스터 Tu+가 단속 온, 트랜지스터 Tw-가 연속 온하고 있고, 거기에서 통전모드 C로 전류하면, 전모드에서는 오프상태에 있던 트랜지스터 Tv+가 새롭게 연속 온하고, 또 전모드에서 연속 온 상태에 있던 트랜지스터Tw-가 단속 온을 시작한다.
단속 온을 시작하는 트랜지스터 Tw-의 온기간에서는 제12도에 도시된 바와 같이 정류회로(3)의 정측 출력단(+)으로부터 트랜지스터 Tv+, 상권선 Lv, 상권선 Lw, 트랜지스터 Tw-, 정류회로(3)의 부측 출력단(-)으로 전류가 흐르고, 또 트랜지스터 Tw-에서 부측 출력단으로 흐르는 전류의 일부가 트랜지스터 Tu-와 병렬연결된 댐퍼 다이오드 D를 통하여 거기에서 상권선 Lu를 통해 상권선 Lw로의 흐름에 합쳐진다. 그리고, 트랜지스터 Tw-의 오프기간에서는 제13도에 도시된 바와 같이 온기간중에 트랜지스터 Tu-와 병렬연결된 댐퍼 다이오드를 통해서 상권선 Lu,Lw로 흐르고 있던 전류가 갈 곳을 잃고, 트랜지스터 Tw+와 병렬연결된 댐퍼 다이오드 D를 통해서 정측 출력단(+)으로 흘러들어간다. 이에 따라 부측 출력단(-)에서 트랜지스터 Tu-에 병렬연결된 댐퍼 다이오드 D로 향하는 전류의 흐름, 즉 역류도 발생한다.
본 발명은 상기의 사정을 고려한 것으로서, 그 목적은 정류회로로의 전류의 역류를 방해할 수 있고, 이에 따라 정류회로의 전기부품의 보호, 모터의 운전효율의 향상, 소음 및 진동의 저감을 꾀할 수 있는 직류 브러쉬리스모터의 구동제어장치를 제공하는데 있다. 또한 제2발명으로서 적절한 모터구동이 가능한 직류 브러쉬리스모터의 구동방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 직류 브러쉬모터의 구동제어장치는 별모양의 삼상권선을 갖는 스테이터 및 영구자석을 갖는 로터로 구성된 직류 브러쉬리스모터, 전류방향을 따라 상류측 및 하류측이 되는 한쌍의 스위칭소자의 직렬회로를 삼상설치한 스위칭회로 및 이 스위칭회로의 각 직렬회로에 정류회로의 출력전압을 인가하는 수단을 구비하고, 각 직렬회로의 스위칭소자의 상호접속점에 상기 각 삼상권선의 한쪽 끝을 접속하고, 스위칭회로의 1개의 직렬회로의 상류측 스위칭소자와 다른 1개의 직렬회로의 하류측 스위칭소자를 온하여 2개의 상권선으로의 2상통전을 행하고, 남은 비통전된 1개의 상권선에 발생하는 유기전압을 검출하고, 그 유기전압으로부터 상기 로터의 회전위치를 검출하여 상기 2상통전을 순차적으로 전환하고, 또한 2상통전용에서 온타이밍이 되는 2개의 스위칭소자 중 한쪽을 연속 온하고, 다른 쪽으로 단속 온하여 속도 조절을 행하는 직류 브러쉬리스모터의 구동제어장치에 있어서, 2상통전의 전환 후 최초의 소정 시간 온타이밍이 되는 2개의 스위칭소자 중 전환전부터 온타이밍이었던 스위칭소자를 연속 온하고, 새롭게 온타이밍이 되는 스위칭소자를 단속 온하는 수단을 구비한다. 제2발명인 직류 브러쉬리스모터의 구동방법은 각 상에 대한 120°의 통전범위의 최초 소정 전기각을 단속 통전하고, 그 후 연속통전하고, 후반에 다시 단속통전을 행한다.
본 발명의 직류 브러쉬리스모터의 구동제어장치에서는 2상통전의 전환 후, 그 전환전부터 온타이밍이었던 스위칭소자가 연속 함으로써 스위칭회로내에서 전류가 폐회로를 형성한다. 제2발명인 직류 브러쉬리스모터의 구동방법은 각 상에 대한 120°의 통전범위에 있어서 단속 통전, 연속 통전, 단속통전이 존재한다.
이하 본 발명의 한 실시예에 대해서 도면을 참조하여 설명한다. 도면에 있어서 제8도 및 제9도와 동일부분에는 동일부호를 붙이고, 그 상세한 설명은 생략한다. 전체의 구성은 제8도와 마찬가지이고, 제1도에 도시한 바와 같이 제어부(10)내에 새롭게 레지스터(33) 및 비교기(43)가 설치된다.
레지스터(33) 및 비교기(43)는 전류후의 최초 소정 기간을 설정하기 위한 것이다.
제어회로(22)는 타이머카운터(21)의 출력데이터(카운트값 T)의 1/2의 값(=T/2, 전기각 30°에 상당)을 산출하여 그것을 레지스터(31)에 세트하고, 출력데이터의 5/6의 값(=5T/6, 전기각 50°에 상당)을 산출하여 그것을 레지스터(33)에 세트하며, 또한 출력데이터의 11/12의 값(=11T/12, 전기각 55°에 상당)을 산출하여 그것을 레지스터(32)에 세트한다.
레지스터(31)로의 세트값 T/2(전기각 30°)는 전류까지의 남은 기간에 해당한다. 레지스터(33)로의 세트값 5T/6(전기각 50°)은 전류까지의 남은 기간(전기각 30°)과, 전류후의 최초 소정기간(전기각 20°)을 합한 것에 해당한다. 레지스터(32)로의 세트값11T/12(전기각 55°)는 전류까지의 남은 기간(전기각30°)과, 전류후의 유기전압 V1의 검출금지기간(전기각 25°)을 합한 것에 해당한다.
검출금지기간(전기각25°)에 대해서는 전류시의 전류차단에 의한 역기전력이 노이즈로써 유기전압 V1에 가해져도 그 노이즈에 관계없이 회전기준위치인 곳의 유기전압V1과 기준위치 V0와의 교점을 확실하게 검출하도록 정해져 있다. 레지스터(31,32,33)의 세트값은 비교기(41,43,42)에서 각각 타이머카운터(21)의 카운트값과 비교된다. 타이머카운터(21)의 카운트값이 레지스터(31)의 세트값에 도달하면 비교기(41)에 전류명령이 떨어진다. 이 전류명령은 통전모드 카운터(23)에 보내진다. 타이머카운터(21)의 카운터값이 레지스터(33)의 세트값에 도달하면, 비교기(41)에서 패턴전환명령이 떨어진다. 이 패턴전환명령은 메모리(24)에 보내진다.
타이머카운터(21)의 카운트값이 레지스터(32)의 세트값에 달하면 비교기(42)에서 위치검출허용명령이 떨어진다. 이 위치검출허용명령은 위치검출회로(20)로 보내진다.
메모리(24)는 통전모드 A0,A1,B0,B1,C0,C1,D0,D1,E0,E1,F0,F1에 대응하는 12종류의 구동신호패턴을 기억하고 있다. 이들 기억패턴의 어느 1개가 통전모드카운터(12)의 카운트값 및 비교기(43)의 패턴전환명령에 의해서 판독되어 구동회로(25)로 보내진다.
다음에 상기한 구성의 작용을 설명한다. 우선 통전모드 A0,1,B0,B1,C0,C1,D
0,D1,E0,E1,F0,F1과 각 트랜지스터의 동작패턴과의 대응관계를 제2도에 도시한다. 도면 중 P는 펄스폭제어, 즉 온/오프 듀티의 제어를 나타내고, 공란을 오프를 나타내고 있다. 또 삼상권선 Lu,Lv,Lw에 각각 유기되는 전압V1 및 전류의 파형과 정류회로(3)에서 출력되는 직류전류의 파형을 제3도에 도시한다.
이제 통전모드카운터(23)의 카운트값이1이라고 하자. 이때 메모리(24)에서 통전모드 A0 또는 A1의 구동신호패턴이 판독된다. 이 구동신호패턴에 따라서 구동회로(25)에서 구동신호가 출력되고, 스위칭회로(4)의 소정의 트랜지스터가 구동된다.
통전모드 A0,A1의 어느 쪽을 선택하는지는 비교기(34)에서의 패턴전환신호에 따라서 결정되는 것으로, 패턴전화신호를 받기 전에는 통전모드 A0, 받은 후에는 통전모드 A1이 선택된다.
통전모드 A0,A1에서는 상권선 Lu에서 상권선 Lv에 걸쳐서 2상통전을 행해야 하는 상류측의 트랜지스터 Tu+와 하류측의 트랜지스터 Tv-의 2개가 온타이밍이 된다. 그리고 처음 통전모드 A0의 기간에서는 상류측의 트랜지스터 Tv-가 연속온된다. 다음 통전모드 A1의 기간에서는 반대로 상류측의 트랜지스터 Tu+가 연속온되고, 하류측의 트랜지스터 Tv-가 단속 온된다.
상권선 Lu,Lv에 자계가 발생하면, 그와 영구자석이 만드는 자계와의 상호작용에 의해 로터에 회전토크가 생기고 로터가 회전을 시작한다. 이때 영구자석의 회전에 따르는 자기작용에 의해 비통전된 1개의 상권선 Lw에 전압 V1이 유기된다. 이 상권선 Lw로의 유기전압 V1은 비교기(42)에서 기준전압 V0와 비교되고, 그 비교출력이 위치검출회로(20)에 있어서 선택된다.
위치검출회로(20)에서는 비교기(42)에서의 위치검출허용명령을 받고 나서 통전모드카운터(22)의 카운트값이 변화(전류)하기까지의 기간에 있어서 상기 선택의 비교출력에 기초하여 로터의 회전기준위치(양전압 V1, V0의 교차점)가 검출된다. 회전기준위치가 검출되면, 위치검출회로(20)에서 위치검출신호가 출력된다 그리고 위치검출신호의 출력으로부터 다음의 위치검출신호가 출력되기까지의 시간 간격 T가 타이머카운터(21)에서 카운트된다.
또 위치검출신호의 출력마다 타이머카운트 T의 1/2의 값(전기각 30°), 5/6의 값(전기각 50°), 11/12의 값(전기각 55°)이 레지스터(31,33,32)에 각각 세트되고, 이들 세트값과 타이머카운터(21)의 카운트값이 비교기(41,43,42)에서 비교된다.
타이머카운터(21)의 카운트값이 레지스터(31)의 세트값에 도달하면(회전기준위치의 검출에서 전기각 30°에 상당하는 시간이 경과) 비교기(41)에서 전류명령이 떨어지고 통전모드카운터(23)의 카운트값이 1 상승된 2가 된다. 이에 따라 메모리(24)에서 이번에는 통전모드 B0,B1의 구동신호패턴이 판독되고, 통전모드 A0,A1에 의한 2상통전에서부터 통전모드 B0,B1에 의한 2상통전으로의 전류가 행해진다.
타이머카운터(21)의 카운트값이 레지스터(33)의 세트값에 도달하면(회전기준위치의 검출에서 전기각 50°에 상당하는 경과) 비교기(43)로부터 패턴전환명령이 떨어진다.
타이머카운터(21)의 카운트값이 레지스터(32)의 세트값에 도달하면(회전기준위치의 검출에서 전기각 55°에 상당하는 시간이 경과) 비교기(42)로부터 위치검출 허용명령이 떨어진다. 통전모드 B0,B1에서는 상권선 Lu에서 상권선 Lw에 걸쳐서 2상통전을 행해야 하는 상류측의 트랜지스터 Tu+와 하류측의 트랜지스터 Tw-의 2개가 온타이밍이 된다. 그리고 처음의 통전모드 B0의 기간에서는 상류측의 트랜지스터 Tu+가 연속온되고, 하류측의 트랜지스터 Tw-가 단속 온된다. 통전모드 B1의 기간에서는 반대로 상류측의 트랜지스터 Tu+가 단속 온되고, 하류측의 트랜지스터 Tw-가 연속온된다.
통전모드 B0에서 통전모드 B1으로의 전환은 비교기(43)에서 출력되는 패턴전환명령에 응답하여 행해진다. 상권선 Lu,Lw에 자계가 발행하면, 그와 영구자석이 만드는 자계와의 상호작용에 의해 로터에 회전토크가 발생하여 로터가 회전을 계속한다. 이때 영구자석의 회전에 따른 자기작용에 의해 비통전된 1개의 상권선 Lv에 전압 V1이 유기된다. 이 상권선 Lv로의 유기전압 V1은 비교기(8)에서 기준전압 V0와 비교되고, 그 비교출력이 위치검출회로(20)에 있어서 선택된다. 그리고 위치검출회로(20)에서는 비교기(42)에서의 위치검출허용명령을 받고 나서 통전모드카운터(23)의 카운트값이 변화(전류)하기까지의 기간에 있어서, 상기 선택된 비교출력에 기초해 로터의 회전기준위치(양전압 V1, V0가 교차하는 점)가 검출된다.
이렇게 회전기준위치가 검출되면, 그 후 다시 시간T/2가 경과한 후에 통전모드카운터(23)의 카운트값이 1 증가된 3이 되고, 메모리(24)에서 현재의 통전모드 C0,C1의 구동신호패턴이 판독된다.
이하 마찬가지로 회전기준위치의 검출에서 전기가 30°가 지연된 전류가 반복되고,로터의 회전이 계속된다. 그런데, 통전모드 A0,B0,C0,D0,E0,F0은 2상통전의 전류후 최초 소정 기간(전기각 20°)에 대응하고, 본래의 제어패턴인 통전모드 A1,B1,C1,D1,E1,F1의 전단계로서 존재한다.
예로서 통전모드 C0에 대해서 보면, 트랜지스터 Tv+, Tw-가 온타이밍이고, 그중 트랜지스터 Tv+가 단속 온하고, 트랜지스터 Tw-가 연속 온하고, 이 트랜지스터 Tw-의 연속 온 동작은 전류전의 통전모드 B1에서 이어지는 것이며, 또한 본래의 통전모드 C1에 있어서 단속 온의 동작에 대신하는 것이다. 이는 다음과 같은 이유 때문이다.
전류직후에 트랜지스터 Tw-가 본래의 단속 온을 시작한다고 가정하면, 트랜지스터 Tw-의 최초의 온기간에 있어서 제12도에 도시된 바와 같이 정류회로(3)의 정측 출력단(+)으로부터 트랜지스터 Tv+, 상권선 Lv, 상권선 Lw, 트랜지스터 Tw-, 정류회로(3)의 부측 출력단(-)으로 전류가 흐르고, 또 트랜지스터 Tw-에서 부측 출력단(-)으로 흐르는 전류의 일부가 트랜지스터 Tu-와 병렬연결된 댐퍼다이오드 D를 지나고, 거기에서 상권선 Lu를 통해 상권선 Lw로의 흐름에 합류한다. 그리고, 트랜지스터 Tw-의 오프기간에서는 제13도에 도시된 바와 같이 온기간중에 트랜지스터 Tu-와 병령연결된 댐퍼 다이오드D를 통해서 상권선 Lu,Lw로 흐르고 있던 전류가 갈 곳을 잃고, 그것이 트랜지스터 Tw+와 병렬연결된 댐퍼다이오드 D를 통해서 정측 출력단(+)으로 흘러들어간다. 이에 따라 부측 출력단(-)에서 트랜지스터 Tu-에 병렬연결된 댐퍼다이오드 D로 향하는 전류의 흐름, 즉 역류도 발생한다.
이 역류를 발생하기 위해서는 트랜지스터 Tw-를 단속 온시키지 않고 연속 온하고, 이에 따라 제4도에 도시된 바와 같이 전류의 순환로를 형성하면 좋다. 즉, 트랜지스터 Tu-와 병렬인 댐퍼다이오드 D를 통해 상권선 Lu,Lw로 흐르는 전류는 거기에서부터 연속 온상태의 트랜지스터 Tw-를 통해 트랜지스터 Tu-와 병렬인 댐퍼다이오드 D로 흐르고 루프를 형성한다. 또 트랜지스터 Tw-를 통한 전류의 일부는 트랜지스터 Tv-와 병렬인 댐퍼다이오드 D로 흐르고, 거기에서부터 상권선 Lv를 통해 상권선 Lw로의 전류의 흐름에 합류하고, 마찬가지로 루프를 형성한다. 이렇게 스위칭회로(4)내에서 전류를 순환시킴에 따라 제3도에서 알 수 있듯이 직류전류의 부측으로의 변동이 작아지고, 정류회로(12)로의 전류의 역류가 매우 강하게 방지된다. 따라서 정류회로(12)의 전기부품의 보호, 모터(1)의 운전효율 향상, 소음 및 진동의 감소를 꾀할 수 있다.
또 트랜지스터 Tw-가 연속 온을 계속해도 새롭게 온타이밍이 되는 트랜지스터 Tv+가 단속 온하기 때문에 회전속도제어에 지장은 없다. 본 실시예에서의 직류전류의 파형이 제5도에 확대하여 나타나 있고, 아울러 직류전류의 실효치 및 모터(1)의 순시토크(순시전력)변동을 나타내고 있다. 종래 장치에서의 직류전류의 파형 및 실효치, 모터(1)의 순시토크변동을 대비하기 위해 제6도에 도시하고 있다.
또 이상의 실시예에서는 전류의 PWM의 기간을 전기각 20°에 고정하고, 또 전류후의 전기각 25°를 유기전압의 검출금지기간으로 정하여 회전위치의 잘못된 검출을 방지했지만, 제7도에 도시한 바와 같이 검출상전압은 상전류의 저하기간에 있어서 PWM의 온,오프에 상관없이 상권선의 역기전력보다 검출측에 있다. 그리고 상전류가 제로로 된 후, 검출상전압에서 중성점전압(기준전압V0) +속도기전력을 검출할 수 있게 된다. 따라서 전류후에 역류방지모드의 PWM을 행하면서 PWM의 온일 때 검출된 상전압을 감시하면, 그 검출된 상전압은 상전류가 제로가 된 곳에서 검출측에서 미검출측으로 변화한다. 이 변화를 포착하여 역류방지모드의 PWM을 종료하고, 그 후는 통상적인 PWM제어를 하고, 그 PWM제어에 의한 온일 때 검출된 상전압이 미검출측에서 검출측으로 변화하는 점을 회전기준위치로서 잡히도록 해도 좋다. 그 외 상기 실시예에서는 스위칭회로(4)의 스위칭소자가 트랜지스터인 경우를 예로 들어 설명했지만, 그 외 소자에서도 마찬가지로 실시 가능하다.
이상 서술한 바와 같이 본 발명에 따르면 2상통전의 전환후, 그 전환전부터 온타이밍이었던 스위칭소자는 연속 온하고, 스위칭회로내에서 전류를 순환시키는 구성으로 했기 때문에 정류회로의 역류를 방지할 수 있고, 이에 따라 정류회로로의 전기부품의 보호, 모터의 운전효율의 향상, 소음 및 진동의 감소를 꾀할 수 있는 직류 브러쉬리스모터의 구동제어장치를 제공할 수 있다. 또 적절한 모터구동이 가능한 직류 브러쉬리스모터의 구동방법을 제공할 수 있다.

Claims (4)

  1. 별형상의 삼상권선을 갖는 스테이터 및 영구자석을 갖는 로터로 구성된 직류 브러쉬리스모터, 전류방향을 따라 상류측 및 하류측이 되는 한쌍의 스위칭소자의 직렬회로를 삼상으로 나누어 설치한 스위칭회로 및 이 스위칭회로의 각 직렬회로에 정류회로의 출력전압을 인가하는 수단을 구비하고, 각 직렬회로의 스위칭소자의 상호접속점에 상기 각 상권선의 한쪽 끝을 접속하고, 스위칭회로의 1개의 직렬회로의 상류측 스위칭소자와 다른 1개의 직렬회로의 하류측 스위칭소자를 온하여 2개의 상권선으로의 2상통전을 행하고, 남은 비통전된 1개의 상권선에 발생하는 유기전압을 검출하고, 그 유기전압에서 상기 로터의 회전위치를 검출하여 상기 2상통전을 순차적으로 전환하고, 또 2상통전용에서 온타이밍이 되는 2개의 스위칭소자 중 한쪽을 연속 온하고, 다른 쪽을 단속 온하여 속도 조절을 행하는 직류 브러쉬리스모터의 구동제어장치에 있어서, 2상통전의 전환 후 소기 소정 시간은 온타이밍이 되는 2개의 스위칭소자 중, 2상통전의 전환전부터 온타이밍이었던 스위칭소자를 연속 온하고, 새롭게 온타이밍이 되는 스위칭소자를 단속 온하는 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 직류 브러쉬리스모터의 구동제어장치.
  2. 제1항에 있어서, 로터의 회전위치를 검출하기 위한 유기전압의 검출은 2상통전의 전환시로부터 소정 기간에 있어서 금지되는 것을 특징으로 하는 직류 브러쉬리스모터의 구동제어장치.
  3. 제2항에 있어서, 유기전압 검출의 금지기간은 2상통전의 전환후 최초 소정시간보다 긴 것을 특징으로 하는 직류 브러쉬리스모터의 구동제어장치.
  4. 별형상의 삼상권선을 갖는 스테이터 및 영구자석을 갖는 로터로 구성된 직류브러쉬리스모터와, 전류방향에 따라 상류측 및 하류측이 되는 한쌍의 스위칭소자의 직류회로를 삼상으로 나누어 설치한 스위칭회로를 구비하고, 각상에 전기각 120°의 통전을 행하는 직류 브러쉬리스모터에 있어서, 120°의 통전범위의 최초의 소정 전기각을 단속통전하고, 그 후 연속통전하며, 후반에 다시 단속통전하는 것을 특징으로 직류 브러쉬리스모터의 구동방법.
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KR100944647B1 (ko) * 2001-10-23 2010-03-04 로베르트 보쉬 게엠베하 전기 모터 작동용 회로

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