KR100218547B1 - 회전자 위치센서없이 다중위상 무브러쉬 전동기 제어방법 및 그 장치 - Google Patents

Abstract

영구자석 회전자를 위한 위치센서를 사용하지 않고 성형구조의 다중위상 무브러쉬 DC 전동기 제어는 위상권선단부와 성형구조중심사이의 전압차를 나타내는 한 사인파 신호를 검파하고, 여기되지 않은 위상권선에 관련된 신호를 선택하며, 기준전압크기의 선택된 신호에 의해 교차를 검파하고, 상기 기준전압크기의 선택된 신호에 의해 교차가 있게되면 한 논리정류신호를 발생시키며, 그리고 따라서 발생된 상기 논리정류신호에 의해 전동기의 여기를 정류하고 동시에 상기의 대표가 되는 신호를 마스크하여 주기를 다시 시작시키기 전에 마지막 정류에 의해 발생된 스파이크 감소를 허용하기에 충분히 긴 시간동안 이들의 선택을 막도록 하여 수행된다.

가로좌표축에 가까운 사인파 부분에서 수행된 여기되지 않은 위상권선전압신호의 분석은 앞선 정류로 인한 스파이크의 발생이 없을 뿐아니라 권선자신들의 인덕턴스와 저항에 연결된 소자들로부터 자유로이 고정자 위상권선상의 영구회전자운동에 의해 유도된 emf 에 대한 정보를 획득할 수 있도록 한다. 바람직하게는, 신호의 마스킹이 논리마스킹신호에 의해 발생되며 이같은 논리마스킹 신호는 전동기 두 마지막 연속정류사이 시간간격이 정해진 부분과 같은 지속기간을 가지며, 이는 점차적으로 변화한다. 선택된 실시예에 따른 여러 가지 회로블럭 기능도표가 설명된다.

Description

회전자 위치센서없이 다중위상 무브러쉬 전동기 제어방법 및 그 장치

제1도는 성형구조의 삼상전동기 고정자 권선에 대한 배선을 도시한 도면.

제2도는 제1도에서 표시된 세신호에 대해 오실로스코프에서 관찰될 수 있는 트레이스(trace)를 도시한 도면.

제3도는 위상가 여기된 때 제1도에 도시된 삼상전동기의 고정자 권선에 대한 배선을 도시한 것이며 전류제어 루우프에 의해 공통적으로 사용되는 감지저항기 Rs를 도시하기도한 도면.

제4도는 권선A와 관련해서, 전동기에 의해A에서 발생된 토르크에 반대되는, 권선A에서 유도된 emf E(A)에 관련된 곡선과 토르크 곡선A 및를 도시한 도면.

제5도는 본 발명에 따라 만들어진 제어회로의 전 블럭도표.

제6도는 제5도 블럭도표의 블럭 L1과 SEL에 대한 기본 기능도표.

제7도는 시스템 클럭기간과 동일한 기간의 펄스로 정류펄스 FC를 변환시키기 위해 사용된 회로의 기본기능 도표.

제8도는 제7도에서 표시된 신호의 파형을 도시한 도면.

제9도는 제5도내 블럭도표 블럭 TF의 상태머신 기능도표를 도시한 도면.

제10도는 제5도 도표 블럭 BO의 기능을 도시한 도면.

제11도는 제5도 블럭 BO의 논리회로 실시예를 도시한 도면.

본 발명은 전자적으로 정류작용되는 직류전동기(대개는 무브러시로 알려짐)의 제어 및 조절회로에 관한 것이다. 이같은 조절 및 제어회로는 모놀리식(monolithic)집적회로로 구성된다. 무브러시(Brushless) DC 전동기는 잘 알려져 있으며 이들의 사용이 이들의 낮은 전기적 잡음특성 때문에 점차로 증가되고 있다. 비록 직류전동기라 해도 위상권선을 통해 전류를 정류시키기 위해 사용되는 위치센서가 장치되어 있는 한 무브러쉬 전동기는 교류동기식 전동기와 같이 동작된다. 회전자는 영구자석으로 고정자 권선의 여자를 정류시키므로써 획득된 회전하는 자장에 의해 회전하도록된 영구자석이다. 영구자석 회전자의 위치가 정류를 결정하며 광방출기 및 광-탐지기, 호올효과소자 등과 같은 적절한 센서에 의해 탐지될 수 있다. 그러나 이들 위치센서는 또다른 신뢰도 문제를 당해 장치에서 발생시키는 비교적 비싼 장치이다.

전동기의 고정자위상권선에서 영구자석 회전에 의해 유도된 기전력이 존재하기 때문에, 이같은 신호들을 다시 만듦이 가능하고 이들을 사용하여 회전자의 위치를 결정하도록 함이 가능하거나 혹은 정류를 동기화하기 위해 적절히 다시 만들어진 기전력을 사용함이 가능하다.

예를 들어, 삼상전동기의 경우, 고정자의 삼상위상에서 유도된 기전력 emf 는 적용된 각 전압에 반대된다는 사실을 참작하여 성형(star)구성의 등가회로가 제1도에서 개략적으로 도시된다. 세 개의 신호 V(AO), V(BO) 및 V(CO) 는 세 개의 차등증폭기를 사용해서 획득될 수 있으며, 이들 차동증폭기의 한 입력단자로 성형-중심전압 V(O)가 가해지며, 다른 한 입력단자로는 전압 V(A), V(B) 및 V(C)가 각각 가해지고 오실로스코프에서 관찰된 세 개의 신호가 제2도에서 도시된 바와 같은 모양을 갖는다.

관찰할 수 있는 바와 같이, 한 위상에서 다른 한 위상으로의 정류가 발생되는 때 고주파 방해가 전압피이크(스파이크)의 형태로 발생하며, 이같은 방해에도 불구하고 세신호는 거의 사인파 곡선이게 된다. 특히, 이같은 사인파는 명백하게 정의되며 가로좌표축 단면에서의 방해와 무관해진다. 이들 신호는 회전자의 운동에 의해 유도된 emf 에 의해 만들어진 부분을 가지며, 만약 정유작용에 의해 발생된 방해가 없어지게 되면 이들 분석에 의해 어떤 특정된 센서의 도음없이도 회전자의 위치를 결정하기 위해 효과적으로 사용될 수 있다. 반면에, 예를 들어, 전동기의 정류에 의해 발생된 방해를 필터하기 위해 가변주파수 저역통과 필터와 같은 아날로그 기술의 사용은 특히 낮은 전동기 회전속도에서 필요한 수동 및 응답성분의 적분문제를 일으키게 된다. 또다른 문제가 권선의 저항과 인덕턴스(R 및 L)의 값과 관련된 부분을 담고 있기도 한 사실에 의해 만들어지며 이는 전동기의 R과 L 값을 고려하는 제어회로의 특정한 디자인을 의미한다. VCO (전압에 의해 제어되는 오실레이트)에 의해 공급되는 정보가 전동기의 위상정류를 제어하기 위해 사용되는 또다른 공지의 해결안 역시 일어날 수 있는 전동기의 갑작스런 회전속도변화에 적용시키기에는 제어시스템의 신속도가 불충분하다는 점에서 문제를 갖는다. 예를 들어, 회전을 일시적으로 기계적으로 고정시키므로써 위치를 상실하게 할 수도 있다.

본 발명의 주요한 목적은 전동기 고정자 위상권선의 저항과 인덕턴스를 도외시하는 그리고 기본적으로 전동기의 회전속도와 무관한 응답특성을 가지며 합계내기가 쉬운 제어장치를 제공하는 것이다.

제1도 및 제3도 도표내 권선A와 관련해서 그리고 제4도에서 토르크 곡선A 및를 관찰하므로써, 전동기에 의해A내에서 발생된 토르크와 대향되는 권선A에서 유도된 기전력 emf E(A)는 곡선에 대해 90°위상이 이동되어 있다. 이와 일관하여, 만약 전동기가 Ⅲ 위치에서 Ⅳ위치로 이동한 때, 즉 최대 토르크 부분에서위상이 여기되면, 두꺼운 선으로 제4도 도면에 표시된 곡선부분, 즉 기준전위의 전압통과가 E(A) 에 대해서 경험적으로 관찰될 것이다. 회전자가 Ⅲ이 아닌 위치에 있는때 물로 곡선E(A)의 다른 부분이 관찰될 것이다. 따라서 전동기 삼상권선에서의 emf 관찰은 전동기 위치에 대한 정보를 제공할 수 있으며 따라서 위치센서대신에 사용될 수 있다.

이용가능한 신호는 권선 V(A), V(B), V(C) 및 성형-중심전위 V(O) 끝에 있는 것들이다. 전동기 세위상의 저항과 인덕턴스가 서로 동일하다라고 본다면, 그리고 예를 들어, 위상를 여기 시키므로써, 제3도에서의 전기회로가 획득되며, 이때 Rs 는 감지저항기이다. 권선단부에서의 신호를 성형-중심과 비교하여, 제3도 회로의 분석은 다음의 방정식을 제공한다.

V(AO)=V(A)-V(O)=+E(A)

V(BO)=V(B)-V(O)=-R.i-L.di/dt-E(B)

V(CO)=V(C)-V(O)=R.i+L.di/dt+E(C)

위상가 여기되는 때 신호 V(AO)를 관찰하므로써 E(A)에 대한 정보가 획득되며, 이는 R과 L에 따라 변화하는 항과는 무관하게 된다.

이와 같이 하여 주기적으로 전동기의 세위상을 선택하므로써 그리고 성형-중심과 관련된 전위차의 신호를 분석하므로써 같은 숫자의 정보들이 이들 신호의 emf와 관련하여 배타적으로 획득되며, 다시 말해서 권선의 R과 L의 크기에 종속되는 항없이 emf의 크기를 대표하는 관련신호로 획득하여진다. 다음의 표1은 상기 사항들을 참작하여 획득된다.

기본적으로 본 발명에 따른 제어시스템은 전동기의 여기되지 않은 위상권선과 관련된 신호를 선택하기 위해 논리수단을 사용하며 히스테리시스를 갖는 비교기에 의해 선택된 사인파 신호의 기준전압크기통과를 결정하여 논리종류신호를 발생케하며 이는 제때에 전동기의 각 위상권선여기를 정류케하는 상태머신(위상번역기 회로)로 가해진다. 이같은 장치는 전동기의 정류에 의해 발생된 방해(스파이크)를 디지털 식으로 필터하도록 한다. 이는 전동기의 여러위상권선과 관련된니 신호를 마스크하여 일시적인 전압피이크의 감쇄를 허용하기에 충분한 오랜 기간동안 이들의 선택을 막도록 하며 제시간에 연속적인 정류를 결정하기 위해 선택된 신호의 선택과 분석을 다시한번 가능하게 하기 전에 발생되는 최종정류에 의해 발생된다.

본 발명의 한 바람직한 실시예에 따라, 각 위상권선(phasewinding)(V(A),V(B),V(C))의 한 단부와 성형(start)-중심(V(O))사이의 위상차를 나타내는 출력전압신호를 제공할 수 있는 전동기의 위상권선 수와 동등한 수의 차동 입력 단계(AA,AB,AC), 각각이 각 차동 입력 단계에 의해 발생된 한 입력을 가지며 상기 차동 입력 단계에 의해 발생된 각 신호에 의해 한 기준 값으로 발생된 크로싱(crossing)을 대표하는 첫 번째 논리 신호(COMP1,COMP2,COMP3)를 출력시키는 동등한 수의 비교기(CA,CB,CC), 상기 각 입력으로 가해진 첫 번째 논리 신호 각각의 정류 에지(edge), 전연 및 후연을 갖는 시스템 클럭 신호의 주기와 같은 주기의 출력펄스(IMP1,IMP2,IMP3)를 각각 발생시킬 수 있으며, 상기 첫 번째 논리신호가 각 신호에 의해 기준값으로 발생된 크로싱(crossing)을 대표하는 같은 수의 논리 회로(LI), 다수의 입력과 하나이상의 출력을 가지며, 첫 번째 입력으로는 상기 각 논리회로(LI)에 의해 발생된 펄스(IMP1,IMP2,IMP3)가 적용되고, 두 번째 입력으로는 상기 위상 번역기 논리회로(TF)의 출력신호가 적용되며, 그리고 한 입력으로 한 마스크 신호(COP)가 적용되고, 상기 첫 번째 신호들사이에서 상기 두 번째 입력 구성의 함수로서 그리고 상기 마스크 신호의 논리 상태에 따라 한 비-여자(non-excited) 위상 권선과 관련된 한 입력을 선택하고, 그리고 상기 출력을 통하여 상기 선택된 위상권선과 관련된 신호가 상기 기준값을 크로스(교차)하는때 상기 출력을 통하여 상기 위상 번역기 논리회로(TF)를 위한 한 정류 펄스(FC)를 발생시킬 수 있는 선택회로(SEL), 그리고 수신된 각 펄스에 응답하여 상기 선택 회로의 상과 입력으로 적용된 마스크 신호(COP)를 발생시키기 위해 상기 정류 펄스(FC)에 의해 제어되며, 마스크 신호가 수신된 정류 펄스에 앞서는 전동기 위상 권선의 두 연속되는 여자 정류(excitationCommutation)사이의 시간중 사전 선택된 부분과 같은 시간을 갖는 논리 수단(BO)으로서, 첫 번째 계수기(GLACLOCK)는 시스템 클럭 주파수의 멀티플라이어로서 사용되어 다른 두 계수기에 의해 사용되는 두 개의 분리된 클럭 신호를 발생시키도록 하고, 두 번째 계수기(GLA,CNTUP)는 제로에서 n까지 계수하며, 이때 n는 정류 주파수와 사용된 클럭 한도의 함수로써 정해지고, k클럭 주기로 상기 전동기 위상 권선 여자의 두 연속된 정류사이의 시간을 계수하며, 그리고 사전에 세트될 수 있는 입력이 제공된 세 번째 계수기(GLACNTDWN)가 사전에 정해진 값으로부터 제로까지는 계수하고, k클럭 주기로부터 계수하도록 가능해지며 출력에서 제로에 도달할때까지 한 논리 마이크로 신호를 발생시키는 기본적으로 상기 세 개의 계수기에 의해 형성되어지는 상기 논리수단(BO)으로 구성되는 전동기의 위상 권선(phase winding) 여자를 정류시키기 위해 해당하는 수의 전력스위치(PO)를 다수의 출력 신호를 통해 제어하기 위해 정류 펄스에 의해 제어된 위상번역기 논리 회로(TF)를 사용하여, 영구자석 회전자를 위한 위치 센서없이 성형-구성으로 적어도 두 개의 일차권선이 다중위상 시스템을 형성하는 영구자석 회전자와 고정자를 가지는 다중위상 무브러시 DC 전동기 정류방식 제어장치가 제공된다.

본 발명의 다른 한 바람직한 실시예에 따라,

a) 위상권선 여자의 정류가 있은뒤에 과도-스파이크에 의해 전동기가 회전하도록 구동될때 신호가 사인파를 형성시키는 각 일차권선의 한 단부와 성형-중심사이의 한 전압신호(V(A),V(B),V(C))를 분리하여 감지하고,

b) 상기 스파이크에 의해 영향을 받은 상기 사인파 신호의 최대값 사이에 오는 정해진 기준전압값의 사인파 신호(V(A),V(B),V(C))크로싱을 분리해서 탐지하며,

c) 상기 사인파 신호(V(A),V(B),V(C))가 상기 기준전압값을 크로스하는 때 각각의 논리 정류 신호(IMP1,IMP2,IMP3)를 발생시키고, 그리고

d) 상기 위상권선 여자를 정류하기 위해 상기 다중위상 고정자의 비-여자(non-excited) 위상권선에서 감지된 상기 사인파 신호와 관련한 한 논리 정류 신호(IMP1,IMP2,IMP3)를 선택하며, 상기 여자되는 위상권선 두 이전 정류사이 경과된 기간인, 상기 고정자의 여자되는 위상권선 각 정류 뒤 한 마스크 시간동안 어떠한 상기 논리 정류 신호(IMP1,IMP2,IMP3)의 선택도 막는 단계들을 포함하는 영구-자석 회전자의 위치 센서 도움없이 적어도 두 개의 일차권선이 성형-구성 다중위상 시스템을 형성시키는 영구-자석 회전자 및 고정자를 갖는 다중위상 무브러시 DC 회전자를 정류방식으로 구동시키기 위한 방법이 또한 제공된다.

본 발명의 또다른 한 바람직한 실시예에 따라,

각 논리 정류 신호를 발생시키기 위한 펄스발생 논리(LI)가 직렬연결 된 첫 번째와 두 번째의 D-타입 플립-플롭(F1-F2,F3-F4,F5-F6)과 배타적 OR 게이트(EXOR1,EXOR2,EXOR3)를 포함하며, 상기 첫 번째 플립-플롭의 입력단자가 분리 탐지수단중 한 수단에 의해 발생된 신호(IMP1,IMP2,IMP3)로 연결되고, 상기 첫 번째 플립-플롭의 출력단자가 두 번째 플립-플롭의 입력단자와 상기 배타적 OR 게이트 첫 번째 입력으로 연결되며, 상기 두 번째 플립-플롭의 한 출력단자가 상기 배타적 OR 게이트의 두 번째 입력으로 연결되고, 한 시스템 클럭신호가 두 플립-플롭 모두의 한 클럭 단자로 적용되며, 이에 의해 상기 배타적 OR 게이트가 한 출력단자에서 상기 각 사인파 신호가 상기 기준 전압값을 크로스하는때 사전에 정해진 지속기간의 펄스를 발생시키는 제어회로가 제공된다.

본 발명의 또다른 한 특징에 따라, 선택을 막기위한 마스크수단(BO)이 한 입력과 한 출력을 갖는 한 금지 회로를 포함하며, 선택 회로에 의해 발생된 정류 펄스(FC)가 입력으로 적용되고, 상기 금지회로가 수신된 각 펄스에 응답하여 상기 출력에서, 상기 회로의 입력으로 적용된 상기 정류 펄스(FC)보다 앞서있던 고정자의 여자되는 위상권선 두 연속된 정류사이에서 경과된 시간의 예정된 일부와 동일한 지속기간을 갖는 마스크 싱호(COP)를 발생시킬 수 있는 제어회로가 제공된다.

하기에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명 제어장치의 블럭도표가 제5도에 도시되어 있다.

신호 V(AO), V(BO) 및 V(CO)는 각각 연결된 세 차동입력단계 AA,AB 및 AC 를 사용해서 획득하며, 각 단계입력점으로 이미 앞서 언급된 표시전압이 가해진다.

이같은 장치에는 신호가 양과 음(사인파 곡선부분)모두의 크기를 갖게되는 단일공급(0, + 12V)을 제공하는 것이 바람직하기 때문에, 이들 모든 세단계에 공통인 예를 들어 + 5V와 같은 중간기준전압을 적용하는 것이 필요하다.

세신호 V(AO), V(BO) 및 V(CO) 는 같은 숫자의 비교기 CA,CB 및 CC 입력단자에 각각 연결된다. 비교기 각각은 필수적으로 각 신호를 기준전압(예를 들어, 상기에서 기재한 바와 같은 + 5V)과 비교하는 한 회로에 의해 만들어진다. 바람직하게는, 히스테리시스가 있는 공통된 비교기가 사용된다. 비교기에 의해 발생된 신호는 펄스발생 LI을 위한 한 논리회로로 가해지며 이같은 회로가 비교기의 상태를 대표하는 같은 숫자의 출력논리값(ø 또는 1)펄스를 발생시킨다.

제5도에서 IMP1,IMP2 및 IMP3로 각각 표시된 이들 논리신호는 선택 SEL을 위한 한 논리블럭의 같은 숫자의 입력으로 가해지며 이같은 논리블럭이 앞서 논의된 바에 따라 여자되지 않은 권선과 관련된 입력을 선택하며, 선택된 입력과 관련된 신호(V(AO), V(BO) 또는 V(CO))가 기준전압값을 통과하는 순간을 표시하고, 출력에서 정류펄스 FC를 발생시킨다. 선택 SEL을 위한 논리회로는 위상번역기회로 TF 출력의 연결구성을 인식하므로써 표 1 에 따라 전동기의 여기되지 않은 위상과 관련된 논리신호를 선택하여, 이때 번역기 회로 TF 가 전동기의 고정자위상권선을 통한 전원공급을 정류하는 전력단계 PO 를 제어한다. 정류펄스 FC 를 발생시키자마자 위상번역기회로 TF 가 전동기의 여자에 대한 정류를 결정한다.

정류에 의해 발생된 방해(스파이크)의 디지털 필터링(filtering)이 블럭 BO 에 의해 실시되며, 이같은 블럭 BO 가 각 정류펄프 FC 가 있자마자 예정된 지속기간의 마스크 신호COP 를 발생시키고, 마스크 신호는 선택을 위해 논리회로로 적용되며 전동기의 이전 정류에 의해 발생된 방해의 감소를 위해 충분한 시간동안 선택된 전압신호의 선택과 연속적인 분석을 막도록 한다. 회로 BO 에 의해 발생된 마스크 신호COP의 지속기간은 사전에 설정되지 않으며 전동기의 회전속도의 함수로 변화한다. 바람직하게는, 회로 BO 가 마스크 신호COP 를 발생시키며 이는 전동기의 두 연속된 정류사이 시간의 사전설정부분과 동등한 지속기간을 갖는 마스크 신호COP 를 발생시킨다.

[펄스발생논리 (L1)]

본 장치는 순차논리타입인 것이며 따라서 비교기의 출력신호가 D 타입 플립-플롭을 사용하므로써 시스템 클럭에 동기화되어야 한다. 비교기의 각 정류에지(상승 및 하강)를 갖는 한 펄스를 발생시키기 위해, 배타적-OR 게이트를, 사용하는 것으로 충분하다.

제6도에서, 블럭L1은 두개의 D 타입 플립-플롭, F1-F2, F3-F4 및 F5-F6 각각과 배타적-OR 게이트, exOR1, exOR2 및 exOR3 각각에 의해 구성된 세개의 동일한 회로에 의해 만들어진다.

[선택논리 (SEL)]

이같은 블럭은 선택된 위상에 따라 세신호IMP1,IMP2 및IMP3 중 하나를 선택하도록 하며 마스크 시간중 이들 세신호 모두를 배제시키도록 하여 신호가 기준값을 통과하게되는 순간에만(위상의 여자와 관련 제4도에 표시된 굵은 선부분) 여자되지 않은 위상신호관련 입력을 선택하도록 한다.

선택된 신호는 다음 표2에 의해 정해지며, 각 여자된 위상에 대해 위상번역기호로 TF 의 각 출력구성 UDA, UDB, UDC, LDA, LDB 및 LDC 가 표시된다.

정류펄스 FC 의 선택 및 발생을 위한 회로가 게이트 NOR1, NOR2 및 NOR3, 게이트AND1,AND2 및 AND3, 그리고 OR 출력게이트에 의해 형성된다.

[위상번역기 (TF)]

이같은 블럭은 출력에서 순서대로 출력블럭 PO 의 전력 트랜지스터를 위한 구동신호를 제공해야 한다. 이때의 회로는 시스템 클럭과 동기화된 순차적 펄프장치이며, 그러나 상태변화는 펄프 FC 가 도달하는 때에만 발생된다. 이같은 펄스는 시스템 클럭주기의 기간을 가지며 블럭 SEL 에 의해 발생된 펄스 FC를 상태머신에 의해 요구되는 바처럼 시스템 클럭주기와 같은 기간의 펄스 FC 클럭으로 변환시키기 위해 제7도에서의 회로가 사용되며 제8도에 도시된 신호의 관련도표를 따르게 된다.

상태머신은 가능입력(EN)(제5도에 도시되지 않음)이 제공되는 것이 좋으며 이에 의해 한 규정된 상태로 고정될 수 있다. 여자의 상태를 선택하여, 머신(machine)상태의 도표가 제9도에서 개략적으로 도시되며 삼상전동기가 반시계방향으로 회전할 수 있도록 한다.

전부해서 6 가지의 상태가 있으며 따라서 머신이 당해분야에서 잘 알려진 바에 따라 3 비트 계수기(8 상태, 이들중 두 상태는 나타나지 않음)와 한 해독기를 사용해서 만들어질 수 있다.

[가변시간 마스크회로 (BO)]

Tc/4 보다 짧은 시간이내의 위상점유감소에 의해 발생된 스파이크는 두 연속된 정류사이의 시간이다. 제5도 블럭도표의 블럭 BO 에 의해 발생된 마스크신호COP 는 따라서 Tc 와 같은 주기 및 약25% 의 사용율을 가지며, 따라서 만약 고(+5V)인 경우에 선택된 관련위상신호 기준값을 통과할 펄스 FC 가 도달된 때 고로 트리거되며, 일정한 시간(마스킹 시간)동안 어떤 다른 가능한 의사펄스(예를 들어, 스파이크로 인해)도 제5도내의 위상번역기 블럭 TF 의 클럭입력CLK 로 전달되는 것을 막도록 한다.

이를 달성시키기 위해, 주파수 멀티플라이어 회로 PLL 이 사용되며, 그러나 단일칩을 통한 전체 시스템의 집적의 어려움외에도 이는 회로 PLL 한계주파수와 관련된 문제를 일으키고 이때 그와 같은 한계주파수 아래에서는 기능일 일정치 않게 되며 시동시와 매우 낮은 속도로 회전시키는 때에 문제를 일으킨다.

바람직한 해결방안은 순차적인 네트워크를 사용하는 것이며 전동기의 속도가 비교적 서서히 변화하는 따라서 바로 뒤이은 두쌍의 정류 사이의 시간이 모든 실용목적에서 동일한 것으로 간주될 수 있는 사실을 이용하는 것이다.

여기에는 두 개의 계수기가 사용된다 : 하나(CNTUP)는 제로에서 n까지를 계수하고, n는 정류 주파수 한계함수로 정해지고 사용된 클럭은 주기 Tclk1의 클럭이며, 다른 하나(CTDWN)는 사전에 정할 수 있는 입력이 제공되고, 사전에 정해진 값(최대 n)으로부터 제로까지를 계수하며, 클럭은 주기 Tclk2이다. 첫 번째 계수기는 k 클럭주기로 Tclk1 과 같은 오차를 갖는 두 정류사이의 시간 Tc를 평가한다. 두 번째 정류가 발생되자마자 두 번째 계수기가 가능해지고 k 로부터 계수되며 출력에서 제로에 도달할 때까지 고신호를 제공한다. 따라서 발생된 신호COP는 바람직한 마스크신호이며, 상기 마스크신호의 지속기간이 TC와 관련해서 두 계수기에 의해 사용된 클럭에 따라 정해진다. 관련된 기능도표가 제10도에 도시된다. 첫번째 펄스 FC 가 도달한 때, 계수기CNTDWN는 최대값 n 으로 사전에 정해지며 카운트-다운을 시작하고, 그러나 제 2 펄스 FC에 도달되자마자 계수기CNTUP에 의해 도달된 k 값이 정해진다.

Tclk = Tclk/x(단 1x≥4)를 선택하면, 결국 신호COP 는 정확히 Tc/x ± tclk2 와 같은 시간동안 고로 유지된다.

이제는 비트의 숫자와 계수기의 클럭주파수를 규정하는 것이 필요하다. 이들은 FC 의 최대 주파수 그리고 최소 주파수로서 올바른 마스킹을 획득하기 위해 필요하며 그 이하에서는 마스킹 시간 지속기간 또는 n.Tclk2의 최대값을 항상 사용해야 하는 주파수에 의해 정해진다.

최소 주파수 값은 여러가지 인수들을 고려해 넣으므로써 결정될 것이다.

- 전동기를 잘 출발시키기 위해, 낮은 속도에서는 충분히 긴 마스킹 시간을 보장케 함이 필요하다.

- 주파수 범위가 넓을수록 계수기 비트숫자는 더욱 커져야 할 것이다.

- 시작하자마자, 가속단계에서, 전동기의 비료적 낮은 관성이 충분한 고속(FC 　500 Hz)이 짧은 시간에 도달되도록 할 것이며 따라서 이제는 두쌍의 연속된 정류사이의 시간 Tc가 거의 같은 정도로 간주되지 않는다. 따라서 emf 기준전압을 통과하는 두 통로사이의 시간이 두 이전통로사이의 시간 1/x보다 짧다면, 스파이크에 추가하여 emf 신호의 기준크기를 통한 한 통로가 마스크될 것이며, 한 정류펄스부재와 위상의 부정확한 여자를 일으켜서 전동기가 가속되는 것을 막게된다.

따라서, 마스크 시간이 짧을수록 (다시 말해서 x가 클수록),

이같은 일이 발생될 가능성은 줄어들게 될 것이다.

전동기의 최대회전속도에서, Tc 가 약 400 마치크로세컨드에 달하며 10% 오류를 허용하므로써 Tclk1 은 약 40 마이크로세컨드가 되어야 하며, 다시 말해서 클럭 1 Fclk1 의 주파수25 kHz 이다.

500 kHz 의 시스템 클럭을 사용하므로써, Fclk1 = 500 kHz/16 = 31.25 kHz, 즉 Tclk = 32 마이크로세컨드, 또는 500kHz/32 = 15.625kHz, 즉 Tclk1 = 64 마이크로세컨드를 선택함이 가능하다. 실제로는, 5 비트 계수기를 사용함이 가능하다. 다음의 표 3에서는 최소 주파수 값이 표시되며, 올바른 마스킹이 계수기의 N 비트 갯수 및 Tclk1 값의 함수로서 유지하여지게 된다.

제11도에서, 5 비트 계수기 GAL CLOCK을 사용해서 블럭 BO 회로의 실제예가 도시되며, 시스템 클럭의 주파수와 두 개의 6비트 계수기, GAL CNTUP 와 GALCNTDWN 각각을 나누도록 한다. 세 개의 모든 계수기는 GAL(범용 배열논리)로 실시된다.

Claims (9)

1. 각 위상권선(phase winding)(V(A), V(B), V(C))의 한 단부와 성형-중심(V(O))사이의 위상차를 나타내는 출력전압신호를 제공할 수 있는 전동기의 위상권선 수와 동등한 수의 차동 입력 단계(AA,AB,AC), 각각이 각 차동 입력 단계에 의해 발생된 한 입력을 가지며 상기 차동 입력 단계에 의해 발생된 각 신호에 의해 한 기준 값으로 발생된 크로싱(crossing)을 대표하는 첫 번째 논리 신호(COMP1,COMP2,COMP3)를 출력시키는 동등한 수의 비교기(CA,CB,CC), 상기 각 입력으로 가해진 첫 번째 논리 신호 각각의 정류 에지(edge), 전연 및 후연을 갖는 시스템 클럭 신호의 주기와 같은 주기의 출력펄스(IMP1IMP2IMP3)를 각각 발생시킬 수 있으며, 상기 첫 번째 논리신호가 각 신호에 의해 기준값으로 발생된 크로싱(crossing)을 대표하는 같은 수의 논리 회로(LI), 다수의 입력과 하나이상의 출력을 가지며, 첫 번째 입력으로는 상기 각 논리회로(LI)에 의해 발생된 펄스(IMP1,IMP2,IMP3)가 적용되고, 두 번째 입력으로는 상기 위상 번역기 논리회로(TF)의 출력신호가 적용되며, 그리고 한 입력으로 한 마스크 신호(COP)가 적용되고, 상기 첫 번째 신호들사이에서 상기 두 번째 입력 구성의 함수로서 그리고 상기 마스크 신호의 논리 상태에 따라 한 비-여자(non-excited) 위상 권선과 관련된 한 입력을 선택하고, 그리고 상기 출력을 통하여 상기 선택된 위상권선과 관련된 신호가 상기 기준값을 크로스(교차)하는때 상기 출력을 통하여 상기 위상 번역기 논리회로(TF)를 위한 한 정류 펄스(FC)를 발생시킬 수 있는 선택회로(SEL), 그리고 수신된 각 펄스에 응답하여 상기 선택 회로의 상관 입력으로 적용된 마스크 신호(COP)를 발생시키기 위해 상기 정류 펄스(FC)에 의해 제어되며, 마스크 신호가 수신된 정류 펄스에 앞서는 전동기 위상 권선의 두 연속되는 여자 정류(excitaionCommutation)사이의 시간중 사전 선택된 부분과 같은 시간을 갖는 논리수단(BO)으로서, 첫 번째 계수기(GLACLOCK)는 시스템 클럭 주파수의 멀티플라이어로서 사용되어 다른 두 계수기에 의해 사용되는 두 개의 분리된 클럭 신호를 발생시키도록 하고, 두 번째 계수기(GLA,CNTUP)는 제로에서 n까지 계수하며, 이때 n 는 정류 주파수와 사용된 클럭 한도의 함수로써 정해지고, k클럭 주기로 상기 전동기 위상 권선 여자의 두 연속된 정류사이의 시간을 계수하며, 그리고 사전에 세트될 수 있는 입력이 제공된 세 번째 계수기(GLACNTDWN)가 사전에 정해진 값으로부터 제로까지는 계수하고, k클럭 주기로부터 계수하도록 가능해지며 출력에서 제로에 도달할때까지 한 논리 마이크로 신호를 발생시키는 기본적으로 상기 세 개의 계수기에 의해 형성되어지는 상기 논리수단(BO)으로 구성되는 전동기의 위상 권선(phase winding) 여자를 정류시키기 위해 해당하는 수의 전력스위치(PO)를 다수의 출력 신호를 통해 제어하기 위해 정류 펄스에 의해 제어된 위상번역기 논리 회로(TF)를 사용하며, 영구자석 회전자를 위한 위치센서없이 성형-구성으로 적어도 두 개의 일차권선이 다중위상 시스템을 형성하는 영구자석 회전자와 고정자를 가지는 다중위상 무브러시 DC 전동기 정류방식 제어장치.
2. A) 위상권선 여자의 정류가 있은뒤에 과도-스파이크에 의해 전동기가 회전하도록 구동될때 신호가 사인파를 형성시키는 각 일차권선의 한 단부와 성형-중심사이의 한 전압신호(V(A), V(B), V(C))를 분리하여 감지하고,

   b) 상기 스파이크에 의해 영향을 받은 상기 사인파 신호의 최대값사이에오는 정해진 기준전압값의 사인파 신호(V(A), V(B), V(C))크로싱을 분리해서 탐지하며,

   c) 상기 사인파 신호(V(A), V(B), V(C))가 상기 기준전압값을 크로스하는때 각각의 논리 정류 신호(IMP1,IMP2,IMP3)를 발생시키고, 그리고

   d) 상기 위상권선 여자를 정류하기 위해 상기 다중위상 고정자의 비-여자(non-excited) 위상권선에서 감지된 상기 사인파 신호와 관련한 한 논리 정류 신호(IMP1,IMP2,IMP3)를 선택하여, 상기 여자되는 위상권선 두 이전 정류사이 경과된 일정한 기간인, 상기 고정자의 여자되는 위상권선 각 정류 뒤 한 마스크 시간동안 어떠한 상기 논리 정류 신호(IMP1,IMP2,IMP3)의 선택도 막는 단계들을 포함하는 영구-자석 회전자의 위치 센서 도움없이 적어도 두 개의 일차권선이 성형-구성 다중위상 시스템을 형성시키는 영구-자석 회전자 및 고정자를 갖는 다중위상 무브러시 DC 회전자를 정류방식으로 구동시키기 위한 방법.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 경과된 시간의 일정기간이 상기 위상권선 여자를 정류시키므로써 발생되는 상기 사인파 신호에 존재하는 과도 스파이크를 소거하기 위해 충분히 길도록함을 특징으로 하는 방법.
4. 논리 정류 펄스에 의해 제어된 위상번역기 논리 접속회로(TF)에 의해 구동되며 상기 고정자 권선의 여자를 선택적으로 정류하기 위한 전자 스위칭 요소이 전력단계(PO), 전동기가 회전하도록 스위칭적으로 구동되는때 상기 위상 권선 여자의 정류가 있은후 뒤따르는 과도 스파이크에 의해 영향을 받는 사인파를 갖는, 각 일차 권선 단부와 성형-중심사이의 전압 신호를 선택적으로 감지하기 위한 차동입력단계(AA,AB,AC), 상기 사인파 신호의 최대값에 대하여 중간크기인 상기 스파이크에 의해 영향을 받는 예정된 기준 전압값 사인파 신호의 크로싱을 선택적으로 탐지하기 위한 비교기(CA,CB,CC), 상기 사인파 신호가 상기 기준 전압값을 크로스하는때 각 논리 정류신호(IMP1,IMP2,IMP3)를 발생시키기 위한 펄스 발생논리(LI), 상기 각 논리 정류 신호(IMP1,IMP2,IMP3)중 상기 다중위상 고정자의 비-여자(non-excited) 위상권선에서 감지된 사인파 전압신호와 관련된 신호를 선택하기위한 선택논리(SEL), 상기 고정자의 여자되는 위상권선 정류 뒤 마스크 시간동안 어떠한 논리 정류 신호도 선택함을 막기위한 가변시간 마스크회로(BO)로서, 상기 마스크 시간이 상기 여자되는 위상 권선 두 이전 정류사이의 경과된 시간 예정부분인 한 지속기간인바의 마스크회로를 포함하는 적어도 두 일차 권선이 성형-구성 다중위상 시스템을 형성하는 영구자석 회전자 및 고정자를 가지는 다중위상 무브러시 DC 전동기를 정류방식으로 구동하기 위한 제어회로.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 경과된 시간 예정부분이 충분히 길어서 상기 사인파 신호에 존재하는 그리고 상기 여자되는 위상권선 정류에 의해 발생된 고도 스파이크를 소거할 수 있도록 함을 특징으로 하는 제어회로.
6. 제 4 항에 있어서, 각 논리 정류 신호를 발생시키기 위한 펄스발생 논리(LI)가 직렬연결된 첫 번째와 두 번째 D-타입 플립-플롭(F1-F2, F3-F4, F5-F6)과 배타적 OR 게이트(EXOR1, EXOR2, EXOR3)를 포함하며, 상기 첫 번째 플립-플롭의 입력단자가 상기 분리 탐지수단중 한 수단에 의해 발생된 신호(IMP1,IMP2,IMP3)로 연결되고, 상기 첫 번째 플립-플롭의 출력단자가 두 번째 플립- 플롭의 입력단자와 상기 배타적 OR 게이트 첫 번째 입력으로 연결되며, 상기 두 번째 플립-플롭의 한 출력단자가 상기 배타적 OR 게이트의 두 번째 입력으로 연결되고, 한 시스템 클럭신호가 두 플립-플롭 모두의 한 클럭 단자로 적용되며, 이에 의해 상기 배타적 OR 게이트가 한 출력단자에서 상기 각 사인파 신호가 상기 기준 전압값을 크로스하는때 사전에 정해진 지속기간의 펄스를 발생시킴을 특징으로 하는 제어회로.
7. 제 4 항에 있어서, 상기 선택논리(SEL)가 다수의 입력과 적어도 한 출력을 갖는 한 선택회로를 포함하며, 첫 번째 입력으로 상기 각 논리 정류 신호(IMP1,IMP2,IMP3)가 적용되고, 두 번째 입력으로 상기 전자 스위칭 요소를 구동시키기위해 상기 위상 번역기 논리 접속 회로(TF)에 의해 발생된 논리신호의 복사신호가 적용되고, 한 마스크 신호(COP)가 상기 한 입력으로 적용되며, 상기 선택 논리 회로(SEL)가 상기 첫 번째 입력가운데에서 상기 두 번째 입력의 구성에 따라 그리고 상기 마스크 신호(COP)의 논리상태에 따라 고정자의 비-여자 위상권선과 관련된 입력을 선택할 수 있고, 상기 선택 논리회로(SEL)가 상기 선택된 비-여자 위상권선과 관련된 사인파 신호가 상기 기준값을 크로스하는 순간에 출력을 통하여 상기 위상 번역기 논리 접속 회로(TF)에 대한 한 정류 펄스(FC)를 발생시킴을 특징으로 하는 제어회로.
8. 제 4 항에 있어서, 상기 선택을 막기위한 마스크수단(BO)이 한 입력과 한 출력을 갖는 한 금지 회로를 포함하며, 상기 선택 회로에 의해 발생된 상기 정류 펄스(FC)가 입력으로 적용되고, 상기 금지회로가 수신된 각 펄스에 응답하여 상기 출력에서, 상기 회로의 입력으로 적용된 상기 정류 펄스(FC)보다 앞서있던 고정자의 여자되는 위상권선 두 연속된 정류사이에서 경과된 시간의 예정된 일부와 동일한 지속기간을 갖는 마스크 신호(COP)를 발생시킬 수 있음을 특징으로 하는 제어회로.
9. 제 8 항에 있어서, 상기 금지회로가 세 개의 계수기로 구성되며 첫 번째 계수기(GLACLOCK)는 시스템 클럭 주파수의 멀티플라이어로서 사용되어 다른 두 계수기에 의해 제각기 사용되는 두 개의 분리된 클럭신호를 발생시키도록 하고, 두 번째 계수기(GLACNTUP)는 제로에서 n까지 계수하며, 이때 n는 정류 주파수와 사용된 클럭 한도의 함수로써 정해지고, k 클럭 주기로 상기 전동기의 여자되는 위상 권선 두 연속된 정류 사이의 시간을 계수하며, 그리고 사전에 세트될 수 있는 입력이 제공된 세 번째 계수기(GLACNTDWN)가 사전에 정해진 값으로부터 제로까지는 계수하고, 클럭 주기로부터 계수하도록 가능해지며 한 출력단자에서 제로에 도달할때까지 상기 논리 마스크 신호를 발생시킴을 특징으로 하는 제어회로.