KR100275830B1

KR100275830B1 - 개선된 정류위치검출장치 및 방법

Info

Publication number: KR100275830B1
Application number: KR1019970051401A
Authority: KR
Inventors: 마크 예크; 마이클 쉬미트; 조지 홀링
Original assignee: 스즈키 다케오; 덴세이.라무다 가부시기가이샤; 조지 홀링; 어드밴스드 모션 콘트롤스 인코포레이티드
Priority date: 1997-02-03
Filing date: 1997-10-07
Publication date: 2000-12-15
Also published as: EP0856937A3; CN1190281A; JP3300765B2; CN1067501C; US5821713A; EP0856937A2; TW398113B; KR19980069995A; DE856937T1; JPH10225174A

Abstract

본 발명에 따르면 근접센서나 트래스듀서를 이용하지 않고도 다상 브러쉬 레스 모터 내에서 정류위치를 정밀하게 판정할 수 있다. 본 발명은 고정자코일에 흐르는 전류를 미분하고, 이 미분된 전류를 상호 비교하거나(절대정류위치검출) 소정의 드레숄드와 비교하여(증분형 정류위치검출), 정류위치의 실시간 판정이 가능하게 된다.

Description

개선된 정류위치검출장치 및 방법

본 발명은 다상 (多相) 브러쉬레드 모터 내의 회전자의 위치를 검출하기 위한 것으로서, 특히 활성 또는 비활성 고정자 코일내에 흐르는 전류의 변화율(dI/dT)에 기초하여 다상 브러쉬레스 모터 내의 회전자의 위치를 검출하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 브러쉬레스 모터는 회전자 및 다수의 권선계자(捲線界磁)코일이 포함된 고정자를 구비하며, 전통적인 영구자석 DC모터의 브러쉬와 단위별 정류자 대신에 반도체스위창방식에 의해 전자적(電子的)으로 정류가 된다는 점을 그 주요 원인으로 하여 점증하는 호평과 함께 산업상 다양한 범위에서 응용되어왔다. 브러쉬가 제거됨에 따라 브러쉬를 보수하거나 교체해야만 했던 과거에 비해 유지보수가 단순화되었다. 또 브러쉬가 없으면 전자장해(電磁障害)를 야기하는 아크도 발생하지 않으므로 노이즈 감소에도 큰 몫을 하며, 그밖에 아크가 제거될 경우 화염성 또는 폭발성 물체에 접근할 때 발생하는 위험을 최소화할 수 있다. 따라서, 브러쉬레스 모터는 민감성이 큰 회로 또는 위험한 환경이 존재하는 곳에서 사용할 경우 아주 이상적이라 할 수 있다.

브러쉬레스 모터는 가변 리럭턴스형, 영구자석형 또는 하이브리드형 등이 있다. 가변 리럭턴스형 모터는 고정자코일의 자계를 순차적으로 이동시켜 회전자를 운동시키는 철심 회전자 체이스(chase)를 갖는다는데 특징이 있고, 영구자석형 브러쉬레스 모터는 순차적으로 통전된 고정자코일이 영구자석형 회전자를 진퇴시킴으로써 회전자를 운동시키는데 그 특징이 있으며, 스텝핑모터 등과 같이 하이브리드형 브러쉬레스 모터는 펄스열(列)로 작동하여 회전자가 입력스텝펄스를 받을 때마다 1회전에 대해 정밀하게 제어된 분할분만큼 회전자가 이동하거나 배열된다. 이에따라 회전자는 고정밀도로 제어되어 정밀회전운동이나 정밀선형운동을 할 수 있게된다.

가변 리럭턴스형 모터 및 영구자석형 브러쉬레스 모터에서 바람직한 회전운동 및 선형운동을 얻기위해서는 통전된, 즉 활성고정자코일에 대해 회전자의 위치를 판정하는 것이 필수적이다. 정류위치라 불리는 이 위치를 파악함으로써 적절한 순서로 고정자코일이 통전되어 모터의 회전자계를 생성하게되며, 그 결과 원하는 회전토크 또는 선형토크를 회전자에 가하게 된다. 통상적으로 정류위치는 특정 브러쉬레스 모터 내의 하나 이상의 트랜스듀서를 이용하여 활성고정자코일에 대해 회전자의 위치를 감지함으로써 검출된다.

그러나, 트랜스듀서를 이용하여 정류위치를 파악하는 것은 다음과 같은 여러가지 결점이 있다. 첫째, 정밀한 위치조절의 필요성과 배선의 증대로 인해 이들센서를 이용하면 제조비용이 상승한다. 또, 정류위치센서가 차지하는 공간으로 인해 모터내의 공간활용에 중대한 결점이 발생한다. 이와같이 비용상, 공간상의 문제로 인해 "무센서"형 정류위치피드백시스템을 개발하고자하는 시도가 있어왔다.

만(Mann)씨 외 다수가 획득한 미합중국특허제5, 327, 053호는 이와같은 "무센서"기술을 제안하였다. 이 기술에 의하면 비통전 고정자코일에서의 역기전력전압을 이용하여 모터시동기간 중에 정류위치를 판정한다. 이러한 방법은 모터 동작중에 고정자코일에서 발생한 역기전력전압이 모터 속도, 회전방향 및 정류위치의 함수라는 비례관계에 기초를 두고 있다. 그러나 이 기술은 역기전력전압이 시동때 회전자가 저속회전속도를 가지면 그 측정에 신뢰성을 가질 수 없다는 중대한 결점이 있다. 특히 이러한 기술은 컴퓨터 디스크 구동 모터와 같은 분야에 적용할 경우 문제가 발생할 수 있는데 그 이유는 컴퓨터의 경우 그 디스크의 내용에 손상을 주지 않기 위해 시동시 적절한 회전방향이 필요하기 때문이다.

맥코맥(McCormack)이 획득한 미합중국특허 제5, 191, 270호는 역기전력 방식을 문제점을 해소하고자 하였다. 이 기술에 의하면 "무센서형"정류위치검출이 동작의 시동단계에서 행해진다. 회전자가 고정된 상태에서 각 고정자코일에 소정의 전압을 인가함으로써 각 고정자코일 내의 전류상승시간을 초기에 측정한다. 이후 회전자의 자계와 거의 정렬된 상태의 고정자코일에 구동전류를 공급하여 회전자를 미세하게 이동시킨다. 유사한 방법으로 두 번째의 전류상승시간을 측정하여 첫 번째의 전류상승시간과 비교한다. 각 고정자코일에 대해 첫 번째와 두 번째 전류상승시간의 측정치를 분석하여 시동시 회전자의 적절한 회전방향을 제공하기 위해 어느 고정자코일이 먼저 통전되어야하는가를 지시한다.

그러나 이 방법도 시동 동작에만 한정되어 있다는 점에서 중대한 결점이 있다. 특히 이 방법은 부적절한 회전방향으로 인해 디스크의 내용물에 손상을 주는 것을 피하기 위해 시동중에 컴퓨터디스크의 구동을 위한 회전방향을 판정하는데 목표가 있다. 이러한 목표를 달성하기 위해서 각 고정자코일 내의 전류상승시간을 2개의 분리된 간격으로 측정하여 어느 고정자코일이 먼저 초기에 통전되어야 적절한 회전방향으로 회전자를 시동시킬 수 있는가를 판정한다. 그러나, 이 방법은 정상상태에서 전속력으로 모터가 동작할 때 지속적으로 고정자코일에 대해 회전자의 정류위치를 나타낼 수가 없다.

또한 이 방법은 정류위치의 정밀한 판정을 제공하는 것이 아니라 시간적으로 두 개의 분리된 점에서 모든 고정자코일의 전류상승시간만을 단지 측정하여 이들 값을 비교함으로써 회전의 시동을 걸게된다. 2개의 분리된 시점의 측정에 의해 정류위치를 검출하는 방법은 전류상승시간측정 간격 사이에서는 특정위치를 추정할 수 없다. 이러한 형상으로 인해 이 방법은 전체정류주기가 아니라 한 정류주기에서만 정확성을 가진다. 정류위치의 정확하고 연속적인 판정없이는 고정자코일을 효율적인 방식으로 연속하여 구동시킬 수 없으므로 한 정류주기에서만 정확성을 갖는 것은 적절한 모터동작에 대해 중대한 장애가 된다.

이 방법의 또다른 결점은 정류위치판정을 모터 내에 흐르는 전류의 절대값에 기초하여 행한다는데 있다. 일정한 시간간격으로 각 고정자코일 내의 전류상승 시간을 측정함으로써 이 방법은 모터 속도, 모터 부하, PWM주파수, 버스(전선)전압등에 있어서 그 변동에 아주 민감하게 된다. 예를들어 모터 부하가 증대하면 이 증대된 부하에 대해 보상하기 위해 모터에 공급되는 에너지를 증대시켜야 하므로 결과적으로 구동신호의 펄스폭을 보다 길게할 것을 요구하게 된다. 이와같은 펄스폭의 변화는 가해진 부하에 따라 전류상승시간측정값 크기의 변화를 초래하므로 정류위치검출에 대해 정밀성과 신뢰성에 악영향을 준다.

따라서, 시동시 뿐만아니라 전체정류공정에 걸쳐 정류위치를 정밀하고 연속적으로 판정할 수 있는 정류위치검출시스템이 필요하다. 또한 모터 내에 흐르는 전류의 절대값에 기초하지 않는 정류위치검출시스템도 필요하다.

본 발명의 목적은 모터의 전체동작과정을 통해 신뢰성있고, 정밀하며 연속적인 정류위치검출을 행할 수 있는 "무센서"형 정류위치검출방법 및 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 모터내에 흐르는 전류의 절대값과 무관하게 작동하여 모터속도, 부하, PWM 주파수, 또는 버스전압에 있어서 그 변동에 관계없이 정류위치를 신뢰성있고 정밀하게 판정할 수 있는 "무센서"형 정류위치검출방법 및 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 모터 내의 정지위치를 검출할 수 있는 "무센서"형 정류위치검출방법 및 장치를 제공하는 것이다.

도1은 본 발명의 증분형 정류위치검출방법에 따라서 정상동작 중에 행하는 기본 단계를 설명하는 흐름도.

도2는 도1의 증분형 정류위치검출방법에 있어 그 적용예를 나타내는 설명도.

도3a는 도2의 제1 및 제2트랜지스터(21, 22)고정자코일에 대하여 단일 정류주기 동안에 공급되는 PWM신호를 나타내는 도면.

도3b는 정류 중에 있어서 도2의 활성고정자코일의 전류파형을 나타내는 도면.

도3c는 정류 중에 있어서 도4의 활성고정자코일의 정규화전류파형을 나타내는 도면.

도3d는 도2의 활성고정자코일의 전류변화율파형과 소정의 전압드레숄드의 비교도.

도3E는 도3d의 비교에 따른 비교기의 출력신호를 나타내는 도면.

도4a-4e는 도2실시예의 정류위치검출파형을 나타내는 것으로서, 여기서의 정류위치는 도3a-3e의 PWM ON 펄스 기간이 아니라 PWM OFF펄스 기간중에 전류 변화율파형을 분석하여 검출된다.

도5는 본 발명의 증분형 정류위치검출방법을 통해 다상 브러쉬레스 모터를 시동하기 위한 알고리즘을 설명하는 흐름도.

도6은 본 발명의 다른 실시예로서 도1의 증분형 정류위치검출방법의 변형, 즉 스텝핑모터 내의 정지위치검출시스템을 나타내는 도면.

도7a는 단일정류주기 동안 도 6의 활성고정자코일에 공급되는 PWM신호를 나타내는 도면.

도7b는 정류 중에 도 6의 활성고정자코일에서의 전류파형을 나타내는 도면.

도7c는 정류 중에 도 6의 활성고정자코일의 정류화파형을 나타내는 도면.

도7d는 도6의 활성고정자코일의 전류변화율파형과 소정의 전압드레숄드의 비교상태를 나타내는 도면.

도7e는 제7d도의 비교상태에 관한 비교기의 출력신호를 나타내는 도면.

도8은 본 발명에 따른 절대형 정류위치검출방법의 기본 단계를 나타내는 흐름도.

도9는 도8의 절대형 정류위치검출방법에 따라서 병렬 엔코딩 장치와 함께 구성되는 응용예를 나타내는 도면.

도10은 도8의 절대형 정류위치검출방법에 따라서 멀티플렉서가 부착된 병렬 엔코딩 장치와 함께 구성되는 응용예를 나타내는 도면.

본 발명의 일 양태에 따라서, 회전자 둘레에 배치되는 다수의 고정자코일을 갖는 다상 브러쉬레스 모터를 시동하는 방법은 (a)상기 모터 내의 일정위치에 상기 회전자가 유지되는 동안 구동신호와 함께 상기 다수의 고정자코일 각각을 동시에 통전시키는 단계와, (b)상기 동시에 통전시키는 단계 중에 상기 다수의 고정자코일 각각에 대한 전류파형을 연속적으로 감시하는 단계와, (c)상기 다수의 고정자코일 각각에 대한 전류변화율파형을 규정하기 위해 상기 다수의 고정자코일에 대한 상기 전류파형을 연속적으로 미분하는 단계와, (d)상기 다수의 고정자코일 중에 활성고정자코일을 판정하기 위해 상기 다수의 고정자코일 각각에 대한 상기 전류변화율파형을 소정의 전압드레숄드와 비교하는 단계와, (e)상기 모터내에서 회전자의 운동을 시동시키기위해 상기 활성고정자코일을 구동신호를 인가하는 단계를 구비한다.

본 발명의 또다른 양태에 따라서, 회전자와 다수의 고정자코일을 갖는 다상브러쉬레스 모터의 시동방법은 (a)상기 회전자가 고정된 상태에서 상기 다수의 고정자코일 각각에 구동신호를 인가하는 단계와, (b)상기 단계(a)중에 상기 다수의 고정자코일 각각에 대한 전류파형을 연속적으로 미분하는 단계와, (c)단계(b)로부터 미분된 전류파형을 소정의 전압드레숄드와 연속적으로 비교하는 단계와, (d)상기 회전자에 적합한 회전운동을 주기위해 단계(c)에서의 비교결과에 기초하여 상기 다수의 고정자코일 중 최소한 하나 이상을 선택적으로 통전하는 단계를 구비한다.

본 발명의 또다른 양태에 따라서, 다상 브러쉬레스 모터에서 다수의 고정자코일에 대해 회전자의 위치를 검출하는 방법은 (a)상기 다수의 고정자코일 각각에 대하여 최소한 소정의 공칭여자전류를 연속적으로 공급하는 단계와, (b)상기 연속 공급단계 중에 상기 다수의 고정자코일에 대하여 전류파형을 연속적으로 감시하는 단계와, (c)상기 다수의 고정자코일에 대한 전류변화율파형을 규정하기 위해 상기 다수의 고정자코일에 대한 상기 전류파형을 연속적으로 미분하는 단계와, (d)상기 모터 내의 상기 회전자의 위치를 표시하는 절대기준을 생성하기 위해 상기 전류변화율파형 중 최소한 2개이상의 파형의 크기를 상화 비교하는 단계를 구비한다.

본 발명의 또다른 양태에 따라서, 회전자둘레에 다수의 고정자코일이 배치된 브러쉬레스 모터 내에서 정류위치를 판정하는 방법은 (a)상기 다수의 고정자코일에 각각에 대하여 최소한 소정의 공칭전류를 인가하는 단계와, (b)상기 다수의 고정자코일 각각에 대한 전류변화율파형을 생성하기 위해 상기 단계(a) 중에 다수의 고정자코일 각각에 흐르는 전류를 연속적으로 미분하는 단계와, (c)상기 모터 내의 상기 회전자의 위치를 표시하는 절대기준을 판정하기 위해 상기 전류변화율파형 중 최소한 2개이상을 함께 연속적으로 비교하는 단계를 구비한다.

본 발명의 또다른 양태에 따라서, 회전자와 다수의 고정자코일을 갖는 다상 브러쉬레스 모터의 동작을 제어하며, 정류위치검출수단과 정류수단을 구비하는 동작제어장치는 상기 정류위치검출수단이 상기 다수의 고정자코일에 대해 상기 회전자의 위치를 판정하는 한편, 상기 다수의 고정자코일 각각에 흐르는 전류량을 감지하는 전류감지수단, 상기 다수의 고정자코일 각각에 흐르는 상기 전류량을 미분하는 미분수단, 상기 모터의 상기 회전자의 위치를 나타내는 절대기준을 판정하기 위해 상기 다수의 고정자코일 중 최소한 2개 이상의 상기 미분된 전류를 함께 비교하는 비교기를 포함하고, 상기 정류수단이 상기 다수의 고정자코일 각각에 대해 최소한 소정의 공칭전류를 선택적으로 인가하고, 상기 절대기준을 기초로 상기 다수의 고정자코일 중 하나이상에게 구동신호를 선택적으로 인가한다.

본 발명의 또다른 양태에 따라서, 회전자와 다수의 고정자코일을 갖는 브러쉬레스 모터 내의 정류위치를 판정하는 장치는 상기 다수의 고정자코일 각각에 흐르는 전류량을 감지하는 전류감지수단, 상기 다수의 고정자코일 각각에 흐르는 상기 전류량을 미분하는 미분수단, 상기 모터내의 상기 회전자위치를 나타내는 절대기준을 판정하기 위해 상기 다수의 고정자코일 중 최소한 2개에 관한 상기 미분된 전류를 함께 비교하는 비교수단을 구비한다.

본 발명의 그 밖의 목적 및 이점은 다음에 첨부도면과 함께 설명하는 실시예를 통해 통상적인 당업자라면 명백히 이해할 수 있을 것이다.

다음에, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명은 다상(多相) 브러쉬레스 모터 또는 스테핑 모터 내에서 근접센서나 트랜스듀서를 이용하지않고도 바람직하게 정류위치를 정밀하게 판정할 수 있는 증분형 정류위치검출시스템 및 절대치형 정류위치검출시스템을 제공하는 것이다. 여기서 사용되는 "정류위치"는 다상 브러쉬레스 모터 내에서 고정자의 여러개의 코일에 대해서 회전자의 상대적인 물리적 위치를 말한다. 이러한 위치정보를 인식함으로써 고정자코일을 최적의 형태로 통전시켜 모터 내에서의 회전자장을 생성하고, 그 결과 회전자에 최대 회전토크 또는 선형토크를 가할 수 있다. 이러한 위치정보는 또한 다상 브러쉬레스 모터 내에서 정지위치를 검출하는데도 이용될 수 있다.

넓은 의미로서 본 발명은 다상 브러쉬레스 모터 내에서 각 고정자코일의 인덕턴스가 회전자에 대해 고정자의 상대적인 위치에 따라 직접적인 관계를 가지고 변화한다는 공지의 원리에 기초하여 정류위치를 판정한다. 고정자 코일 인덕턴스가 뛰어난 정류위치 표시장치라 할 수 있지만 직접적인 측정에 의해 정밀하게 판정하기는 어려운 일이다. 본 발명은 이러한 점을 다음과 같은 공식으로 바람직하게 극복하게 되었다. 즉 그 식은 다음과 같다.

[수학식 1]

식중 dI/dT = 각 고정자 코일 내에 흐르는 전류의 변화율

V = 각 고정자 코일에 인가된 전압

I = 각 고정자 코일 내에 흐르는 전류

R = 각 고정자 코일의 저항

L = 각 고정자코일의 인덕턴스

d

/d

= 각 고정자코일과 회전자 사이의 각도 변화에 대해 상대적으로 각 고정자코일의 자속변화

전류변화율 dI/dT가 코일 인덕턴스(L)에 정비례한다는 점에서 각 고정자코일에 대한 전류변화율(dI/dT)의 파형을 분석하여 정류위치를 직접적인 방법으로 산출할 수도 있다. 대부분의 경우 "I * R " 항 및 "d

/d

"항은 거의 무시되거나 정류위치를 결정하는데 중요한 요인이 아니어서 무시할 수 있을 만큼의 일정한 상수이다. 그러나, 고정밀 응용분야 또는 이들 항이 폭넓은 변동을 일으키는 곳에 응용할 경우에는 정규화과정을 거쳐 이들 외적요인들을 제거할 수도 있으며, 이렇게 함으로써 전류변화율(dI/dT)이 인덕턴스(L)를 정밀하게 표시하게 되고, 그 결과 정류위치도 정밀하게 표시된다.

1. 증분형 정류위치검출

제1도는 본 발명에 따른 증분형 정류위치검출방법에 관한 것으로서, 정상동작 중에 기초단계(스텝)들을 나타내는 흐름도이다. 제1스텝 10에서 활성고정자코일에 구동신호(연속형 또는 펄스폭변된 형)를 인가한다. 회전자코일의 상대위치에 때문에 활성고정자코일은 구동신호와 함께 통전되면서 회전자에 최대 회전토크 또는 선형토크를 가한다. 다음 스텝20에서 회전자가 활성고정자코일에 접근할 때 활성고정자코일 내에 흐르는 전류량을 판정하기 위해 활성고정자코일의 전류파형을 감시한다. 이후 스텝 30에서 전류파형을 정규화하여 활성고정자코일 내에 흐르는 전류량에 대해 크게 영향을 주는 여러가지 요인 예를들면 모터 속도의 변동, 버스(전선)전압의 변동 등을 제거한다. 이와같이 영향을 주는 요소를 제거함으로써 전류파형의 DC성분을 제거하고 전류의 AC성분만을 포함하는 전류파형을 제공하게 된다. 원하는 정류위치정보를 담고있는 것은 전류의 AC성부이며, 이것이 본 발명의 요점이다.

이후 정규화전류파형은 스텝40에서 미분되어 활성고정자코일 내에서 인덕턴스(L)의 양을 나타내는 전류변화율파형을 생성한다. 다음 스텝50에서 전류변화율파형을 소정의 전압드레숄드와 비교하여 정류위치를 판정한다. 한 바람직한 실시예로서 정류위치신호를 스텝60에서 샘플/홀드회로에 가하여 정류위치신호의 과도현상부분을 차단하거나 정지시키고, 그 결과 다음 스텝70에서 이와같은 과도현상을 제거하기 위해 행하는 여과과정을 거치지않고 정류모듈이 다음 활성고정자에 구동신호를 가하는 구성으로 할 수도 있다. 상기와 같이 샘플/홀드 스텝60은 PWM펄스열 내에서의 각 상태의 변화때마다 발생하는 스위칭 과도현상을 극복하기 위해서 사용될 수도 있고, 다른 고정자코일에 대해 구동신호를 재차 가할 때 사용될 수도 있다. 이러한 홀드기간 이외에 정류모듈은 정류위치신호를 분석하고 다음에 연속되는 고정자코일에 구동신호를 가할 필요성을 나타내는 정류포인트를 검출하여 회전자를 최적회전운동 또는 최적선형운동으로 유지한다. 제1도에 설명한 증분형 정류위치검출방법을 통해서 본 발명은 독창적으로 어떠한 브러쉬레스 모터 내에서의 활성고정자코일에 대해 상대적으로 회전자의 위치를 연속적이면서 정밀하게 판정할 수 있다. 이상과 같은 방법으로 실시간 정류위치정보를 제공함으로써 본 발명은 여러 가지 다양한 분야에 적용이 가능하다. 한정적인 의미가 아닌 한 예로서 2가지 적용방법을 이하에서 설명한다. 첫번째 적용예로는 제2도에 나타낸 바와같이 정상동작 및 개시동작 중에 가변 리럭턴스 모터 내에서 고정자코일의 시퀀스 정류를 제어하는 시스템을 들 수 있다. 두번째 적용예는 제7도에 나타낸 바와같이 스텝핑 모터 내에서 정지조건을 검출하는 시스템을 들 수 있다. 제2도 및 제7도가 가변 리럭턴스형 브레쉬레스 모터와 스텝핑형 브레쉬레스 모터를 각각 이용하고 있지만 이것은 단지 일예로서만 설명하는 것으로서 본 발명의 범위를 일탈하지 않고 어떠한 종류의 브레쉬레스 모터로 대체할 수 있다.

제2도를 참조하면 여러 가지 리럭턴스 모터(2)는 그 내부에 배치된 회전자(24)에 대하여 등간격으로 배치되는 4개의 고정자 코일(4), (8), (12), (16)을 가지고 있다. 정류자(28)는 모터(2) 내에서 적절한 고정자코일을 통전시키기 위해 선택적으로 구동신호를 보내며, 이 정류자와 모터(2) 사이에는 다수의 전류센서(42), (44), (46), (48)가 배치되어 고정자코일(4), (8), (12), (16) 내에 각각 흐르는 전류량을 감시한다. 전류센서(42), (44), (46), (48)에 의해 검출되는 전류파형은 스위칭회로(34)에 공급되며, 이 스위칭회로(34)는 한쪽으로는 정류자(28)에 접속되고 다른 한쪽으로는 다수의 정규화회로(52), (54), (56), (58) 사이에 접속되며, 또 이들 정규화회로는 차례로 다수의 미분회로(62), (64), (66), (68)에 각각 접속된다. 또한 다수의 비교기(72), (74), (76), (78) 각자가 가지고 있는 제1입력이 각 미분회로(62), (64), (66), (68)에 접속되고, 그 제2입력이 가변전압기준부(36)에 접속되며, 그 출력이 샘플/홀드 모듈(38)에 접속된다. 그리고 이 샘플/홀드 모듈(38)은 정류회로(28)에도 접속된다.

전류센서(42), (44), (46), (48)는 여러가지 공지된 전류감지소자 중 하나를 센택할 수도 있으며, 특별히 제한이 있는 것은 아니다. 전류센서의 예로는 전류감지저항, 변류기, 홀효과(Hall - Effect)소자, 전계효과트랜지스터의 "on" 저항 등을 들 수 있다. 스위칭회로(34)로는 시판중인 어떠한 스위칭소자도 사용가능하며, 그 한 예로는 실리코닉스(Siliconix)사가 제조한 DG211 아날로그 스위치를 들 수 있다. 아래보다 자세히 설명하는 바와같이 스위칭회로(34)는 정류자(28)로부터의 입력에 따라서 다양한 형태의 전류파형을 선택적으로 각 정규화회로(52), (54), (56), (58)에 공급할 수 있으며, 이들 정규화회로는 고정자 내에 흐르는 전류량에 중대한 영향을 주는 여러가지 외적 요인, 예를들면 모터의 부하전압의 변동, 버스(전선)전압의 변동 등을 제거하게 된다. 전형적인 실시예로서는 각 정규화회로(52), (54), (56), (58)는 부귀환장치의 자동이득제어부(AGC)가 설치된 증폭기를 가지고 있어 정류동작 중에 고정자코일 내에 흐르는 전류의 DC성분을 제거할 수 있으며, 그 결과 전선전압의 변화 또는 모터 부하전압의 변화등에 의해 발생할 수도 있는 폭넓은 변동량 없이 고정자코일 내에 흐르는 전류파형의 AC성분만을 포함하는 정규화된 전류파형을 생성하게 된다. 이와같은 방식으로 전류의 AC성분 내의 정류위치정보를 추출함으로써 정류위치의 정밀한 판정이 가능할 정도의 수준으로 소정의 전압 드레숄드를 용이하게 설정할 수 있으며, 그 결과 높은 효율로 모터가 정류작업을 행할 수 있다.

미분회로(62), (64), (66), (68)는 각 정규화 전류파형을 미분하여 전류변화율파형을 제공하며, 이 미분회로로는 시판중인 어떠한 미분소자도 이용이 가능하며, 그 한예로는 텍사스 인스트루먼트 사(Texas Instruments)가 제조한 TL082 연산증폭기를 들 수 있다. 비교기(72), (74), (76), (78)는 가변전압기준부(36)가 설정한 소정의 전압드레숄드에 대하여 각 전류변화율파형을 비교한다. 각 비교기(72), (74), (76), (78)의 출력은 정류자(28)로 통과하기 전에 샘플/홀드모듈(38)에 의해 감시되며, 이 샘플/홀드모듈(38)은 시판중인 어떠한 샘플/홀드회로, 또는 래치회로도 사용이 가능하다.

본 발명의 중요한 측면으로서 샘플/홀드모듈(38)이 스위칭과도현상과 비교기(72), (74), (76), (78)로부터의 유입신호 상의 관련노이즈의 악영향을 제거할 수 있다는 점을 들 수 있으며, 그 결과 이들 유입신호 내의 정류위치정보에 악영향을 줄수 있는 노이즈 등에 대한 여과작업이나 이에 관련된 신호처리기술, 장치등을 도입할 필요가 없게된다. 샘플/홀드모듈(38)이 이러한 효과를 거두는 것은 홀드 기간중에 비교기의 출력신호를 선택적으로 차단하고(홀드 기간 중에는 이들 출력신호가 스위칭과도현상과 그 관련 노이즈를 포함한다). 샘플기간 중에 이들 비교기출력신호를 선택적으로 샘플링하기 때문이다 (샘플기간 중에는 이들 신호가 과도성분을 포함하지 않는다). 과도현상의 대부분의 원인은 PWM구동신호의 각 펄스가 변화하는 상태 중에 발생하거나 구동신호가 한 고정자코일로부터 다른 것으로 전환하거나 정류될 때 발생한다. 따라서, 바람직한 실시예로서 샘플/홀드모듈(38)은 정류자(28)에 의해 지시를 받아서 각 PWM펄스의 변화 후 그리고 각 정류 주기 후 소정기간동안 과도현상을 차단하며, 그 결과 가장 순수한 노이즈없는 신호를 정류자(28)에 공급한다. 샘플, 홀드모듈(38)의 도움으로 정류자(28)는 PWM구동신호를 다음 활성 고정자코일에 인가할 필요성을 나타내는 정류포인트를 검출하게 된다. 이러한 방식에 따라 적절한 순서와 시간으로 PWM신호는 고정자코일(4)-(16)에 인가되며, 그 결과 모터(2) 내에 회전자계가 발생하여 회전자(24)에 최적량의 회전토크 또는 선형토크가 가해지게 된다.

제3a도 - 제3e도는 제2도에 나타낸 본 발명의 증분형 정류위치검출방법에 따라서 정상동작 중의 파형특성을 나타내는 도면이다. 고정자코일(4)은 제2도의 구성과 같이 활성 고정자코일로서 고정자코일(4)의 통전이 발생하여 자계를 형성하고 그 결과 이 자계가 회전자(24)에 최대 회전토크를 부여하여 회전자의 회전위치가 결정된다. 도시한 바람직한 실시예에 있어서, 정류자(28)는 시퀀시동작을 하여 PWM구동신호를 다음 고정자코일(8)에 보내야 한다는 것이 본 발명의 증분형 정류위치 검출방법에 의해 판정이 될 때까지 정류자(28)는 제3a도에 도시한 PWM구동신호를 구정자코일(4)에 보낸다. PWM구동신호는 연속적인 ON, OFF의 전압펄스열을 포함하며, 이것에 대해서는 명료함을 위해 ON1- ON5, OFF1 - OFF5로 표시하였다. PWM구동신호로서 나타냈지만 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한도에서 그 적용분야에 따라서 구동신호가 연속형 또는 일정한 여자신호를 포함할 수도 있다.

제3b도는 활성고정자코일(4) 내의 전류파형(42')을 나타내는 것으로서 이 파형은 PWM구동신호의 전체적인 공급 중에 전류센서(42)에 의해 측정된 것이다. 자세히 살펴보면 PWM구동신호의 각각의 연속적인 ON,OFF 펄스와 함께 전류파형(42')의 기울기가 시간이 지남에 따라 점진적으로 감소하는 것이 확인된다. 이것은 상기 수학식 1을 참고하면 회전자(24)가 활성고정자코일(4)에 접근함에 따라 활성고정자코일(4) 내의 인덕턴스(L)가 비례하여 크게 증가하고 그 결과 dI/dT 비가 점차 감소한다는 사실에 기인한다. 또한, 전류파형(42')에 대해서는 명료함을 위해 이상형으로 나타내었지만 실질적으로는 PWM펄스열 내의 각 변화상태에서 발생하는 큰 과도현상을 포함할 수 있다. 이러한 과도현상을 억제하기 위해 샘플/홀드회로(38)는 정류자(28)에 도달할 때부터 각 PWM펄스가 변동하는 소정기간(H) 동안 신호를 홀드하며, 이 소정기간(H)은 예를들면 OFF1, ON2에서 펄스변화에 대해 수직 쇄선으로 나타낸 바와같다. 또 도시하지는 않았지만 PWM펄스열 내에서 각 변화상태 때마다 샘프/홀드모듈(38)은 유사한 홀드기간(H)을 갖게 된다는 것을 이해할 수 있다. 구동신호를 다른 고정자코일에 재공습함에따라 발생하는 과도현상을 제거하기 위해 샘플/홀드모듈(38)을 이용할 때 이 샘플/홀드모듈(38)은 예를들어 여러개의 연속적인 PWM신호를 포함하는 실질적으로 보다 긴 홀드기간(H)을 가질 수도 있으며, 이 경우 과도기간동안 충분한 시간이 지나가게되어 정류자(28)를 통과하기 전에 신호가 정리된다.

정상동작 중에 스위칭회로(34)는 정류자(28)와 함께 활성고정자코일(S)에 관한 전류파형 만을 적절한 정규화회로(52)-(58)에 공급한다. 이 경우 단지 활성고정자코일로서만 작용하는 고정자코일(4)과 함께 스위칭회로(34)는 전류파형(42')을 정규화회로(52)에 통과시킨다. 이때 정규화회로(52)는 정류 중에 활성고정자코일(4)내에 흐르는 전류에 대해 큰 영향을 주는 여러가지 인자, 예를들면 버스전압의 변동, 모터속도의 변동 등을 제거한다. 이러한 효과는 제3도를 참조하면 알 수 있는데 여기서 정규화전류파형(52')의 크기는 영향을 주는 인자가 제거되었으므로 전류파형(42')의 크기보다 일반적으로 작다. 이후 정규화전류파형(52')은 미분회로(62)를 통해 미분되어 제3D도에 나타낸 바와 같이 전류변화율파형으로 된다. 파형(62')의 전압레벨은 각 연속PWM ON 펄스에 대해 점차 감소하고 각 연속 PWM OFF 펄스에 대해서는 점차 증가한다. 이것은 회전자(24)가 활성고정자코일(4)에 접근함에 따라 활성고정자코일(4) 내의 전류변화율(dI/dT)이 감소한다는 사실에 기인한다.

제3d도는 가변전압기준부(36)에 의해 설정된 바에 따라 소정의 전압드레숄드(36')와 함께 전류변화율파형(62')을 나타낸다. 도시한 실시예에 있어서, 가변전압기준부(36)는 소정의 전압드레숄드(36')가 PWM ON 펄스 중에 고정자코일(4) 내에 흐르는 전류량에 기초하여 정류위치를 검출하도록 구성된다. 이를위해 소정의 전압 드레숄드(36')는 PWM구동신호의 ON5 펄스에 대응하는 전류변화율파형(62') 보다 약간 높은 레벨로 설정되며, 그 결과 회전자(24)가 활성고정자코일(4)의 상대위치에 있으므로 PWM구동이 다음 고정자코일 즉 고정자코일(8)로 증분되어야한다는 지시를 하게된다. 전압기준부(36)는 시판중인 어떠한 전압기준소자도 이용할 수 있으며, 한정적인 것이 아니라 단지 예로서 수동조절형 전위차계와 함께 구성되는 증폭기, 예를들어 아날로그 디바이스 인코퍼레이션(Anaolg Devices, Inc.)이 제조한 AD7524 D/A변환기와 같은 동적조정용 자동이득제어(AGC)를 갖는 증폭기를 들 수 있다. 이와같은 동적전압조정은 각 정류주기 동안 전류변화율파형에 관한 최저 ON펄스전압 피크값을 연속적으로 추적하여 이룰 수 있다.

제3e도는 고정자코일(4)의 정류 중에 비교기(72)의 출력신호(72')를 나타낸다. 바람직한 실시예로서 비교기(72)는 전류변화율파형(62')이 소정의 전압드레숄드(36') 이하로 하강할 때만 높은 도전상태를 가지도록 구성된다. 따라서, 비교기 출력신호(72')는 전류변화율파형(62')이 소정의 전압드레숄드(36')를 교차하는 한 펄스열을 생성하게 된다. 이후 펄스ON5에 기준하여 비교기출력신호(72')가 하이(high)상태를 유지한다. 비교기출력신호(72')가 하이상태로 있는 시점은 제3E도에 나타낸 바와같이 정류포인트(26)가 된다. 바람직한 실시예에 있어서, 소정의 전압드레숄드(36')는 최적으로 설정되어야만 회전자(24)가 직접 활성고정자코일(4)과 위치상의 정렬을 이를때 정류포인트(26)가 발생하고, 그 결과로 PWM구동신호가 적절히 다음 활성고정자코일(8)에 증분되어 회전자(24)에 대해 최대 회전토크량을 부여하게 된다.

활성고정자코일로만 설정되는 고정자코일(4)과 함께 정류자(28)는 샘플/홀드모듈(38)의 샘플주기 내에 비교기(72)의 출력을 감시하여 정류포인트(26)의 발생을 검출하며, 이것은 여러가지 공지된 방법중 하나를 이용하여 이루게 된다. 예를들어 디지탈 로직을 이용하여 PWM구동신호와 비교기출력파형(72')을 비교함으로써 2개의 파형이 하이상태에 동시에 있는 포인트를 검출한다. 제3a도, 제3d도 및 제 3e도를 참조하면 이것은 펄스ON5의 출현때 발생하며, 여기서 전류변화율파형(62')은 소정의 전압드레숄드(36')를 교차하지 않으므로 출력파형(72')이 정류포인트(26)에서 하이 상태로 유지된다. 이후 정류자(28)는 PWM구동신호를 모터(2) 내의 다음 활성고정자코일에 공급한다. 제2도의 실시예에 있어서, 정류자(28)는 시퀀스동작을 하여 PWM구동신호를 고정자코일(8)에 인가함으로써 활성고정자코일로서의 고정자코일(8)과 함께 증분형 정류위치 검출공정을 재초기화한다.

상기 구성에 있어서, 본 발명은 정류위치를 연속적으로 판정하여 고정자코일(4)-(16)을 순차적으로 통전시켜 연속적이면서 최적상태의 회전으로 회전자(24)를 유지시킨다. 요약하면 이것이 다음과 같은 일련의 과정을 통해 이루어진다. 즉, (1)PWM구동신호를 활성고정코일에 인가하고, (2)활성고정자코일의 전류파형을 감시하고, (3)활성고정자코일의 전류파형을 정규화하고, (4)활성고정자코일 내의 전류변화율(dI/dT)을 확인하기 위해 정규화전류파형을 미분하고, (5)활성고정자코일내의 전류변화율(dI/dT)을 소정의 전압드레숄드와 비교하여 전류활성고정자코일로부터 다음 활성고정자코일로 PWM구동신호가 증분되는 시기가 언제인가를 판정한다. 이와같은 증분형 정류위치검출방법은 여러가지 고정자코일 사이에서 정류동작 중에 스위칭과도현상 및 관련 노이즈가 포함되지 않는 부분만 정류자에 통과시키도록 정류위치신호를 선택적으로 샘플 및 홀드하는 스텝을 추가로 포함한다. 이 증분형 정류위치검출방법은 활성고정자코일 내에 흐르는 전류의 절대값에 의존하지 않으므로 특정전류특성에 관계없이 실질적으로 컴퓨터디스크구동기로부터 거대한 산업용 브러쉬레스 모터에 이르는 모든 타입의 브러쉬레스모터에 이용이 가능하다.

제4a도 - 제4e도를 참조하면 본 발명의 범위를 일탈하지 않고도 연속적인 PWM OFF 펄스 중에 상기 증분형 정류검출방법을 실행할 수 있음을 알 수 있다. 그 예로서 PWM구동신호의 연속 OFF펄스 중에 활성고정자코일(4)내에 흐르는 전류변화율(dI/dT)을 분석함으로써 정류위치를 판정하며, 제4d도 및 제4e도에 나타낸 바와같이, 이와같은 과정은 소정의 전압드레숄드(36')를 설정하여 전류변화율파형(62')의 OFF펄스전압 최고치에 기초하여 비교기(72)를 트리거함으로써 얻을 수 있다. 바람직한 실시예로서 회전자(24)가 활성고정자코일(4)과 직접위치적으로 정렬하게 최근 접하는 시점 중에서 펄스OFF5에 대응하는 포인트의 전류변화율파형(62') 보다 약간 낮게 소정의 전압드레숄드(36')가 설정되어야 한다. 따라서 파형(72')이 소정의 전압드레숄드(36')를 교차하지 않을 때까지 비교기(72)는 전압펄스열을 발생시킨다. 소정의 전압드레숄드(36')를 전류변화율파형(62')이 교차하지 않으면 비교기(72)의 출력파형(72')은 정류포인트(26)에서 로우(low) 상태를 유지한다. 전술한 바와같이, 정류자(28)는 샘플/홀드모듈(38)의 샘플주기 내에 정류포인트(26)의 발생을 검출하여 PWM구동신호를 다음 활성코일, 즉 고정자코일(8)에 인가한다.

제5도는 제1도는 정상동작 시퀀스까지 다상 브러쉬레스 모터를 동작시키는데 이용되는 초기알고리즘의 기본 스텝을 설명하는 흐름도이다. 제1스텝100에서는 모터 내의 일정한 위치에 회전자를 배치하도록 구동신호를 고정자코일 각각에 인가하고, 다음 스텝110에서는 고정자코일 각각의 전류파형을 감시하여 전류향을 측정한다. 이후 스텝120에서 각 전류파형은 정규화되어 전류파형의 AC리플전류에서 발견할 수 있는 위치정보를 추출한다. 다음스텝130에서는 각 고정자코일에 대해 각 정규화전류파형을 미분한다. 이후 이들 전류변화율파형은 동시에 스텝140에서 소정의 전압드레숄드와 비교되어 각 고정자코일에 대해 소정의 전압드레숄드 보다 인덕턴스가 높은가 낮은가의 여부를 판정한다. 이 정보와 함께 어느 고정자코일이 제1활성고정자코일로서 PWM구동신호를 수신해야하는가를 식별할 수 있다. 다음스텝150에서는 선택적으로 정류위치신호를 샘플 및 홀드하여 스위칭 과도현상으로 왜곡되지 않은 부분만을 정류모듈에 도달하게 한다. 최종스텝160에서는 활성고정자코일에 PWM구동신호를 인가하여 회전자가 모터 내에서 적절한 회전운동을 할 수 있도록 한다. 초기정류위치는 제2도의 시스템에서는 알 수 없다. 이 문제를 해소하기 위해 정류자(28)는 스위치회로(34)에 지시하여 각 고정자코일(4), (8), (12), (16)에 관한 전류파형을 정규화를 위해 정규화회로(52), (54), (56), (58)에 통과시킨다. 정규화전류파형은 이후 각 미분회로(62), (64),(66), (68)에 의해 미분되어 각 고정자코일(4), (8), (12), (16) 내의 전류변화율(dI/dT)을 표시하는 파형을 생성한다. 이어서 각 미분된 파형은 가변전압기준부(36)에 의해 설정된 소정의 전압기준과 비교된다. 또 샘플/홀드모듈(38)의 샘플기간 내에 정류자(28)는 비교기(72)-(78)로부터의 정보를 디코드하여 정류위치를 인식한 후 회전자(24)의 적절한 회전운동을 위해 어느 고정자코일이 충분한 자계를 생성하는가를 판정한다. 이어서 정류자(28)는 PWM구동신호를 활성고정자코일에 가하여 회전자(24)가 정상동작을 하도록 한다.

제6도는 본 발명의 증분형 정류위치검출방법의 또다른 예로서 브러쉬레스 모터용 정지검출기에 관한 것이다. 이 실시예에서 모터(2)는 스테핑모터로서 내부에 위치하는 회전자(24)에 대하여 등간격으로 다수의 고정자코일(4), (8), (12), (16)이 배치된다. 또한 샘플/홀드모듈(38)의 샘플기간 동안 비교기(72)의 출력신호(72')를 수신하기 위해 정지지시기(32)가 배치된다. 이러한 구성을 제외하고 본 실시예의 모든 기능적 블록은 제2도의 것과 유사하므로 설명을 생략한다. 그리고, 제7A도 - 제7E도에 관한 본 실시예의 동작에 있어서 샘플/홀드모듈(38)로부터의 소정의 홀드기간(H)은 간결함을 위해 생략하였다.

제7a도는 단일 정류주기 동안 활성고정자코일(4)에 가해지는 구동신호를 나타내며, 스텝핑모터가 이용될 때 이 구동신호가 여기서는 PWM신호라 하여도 그 적용분야에 따라 정류자(28)에 의한 구동신호는 펄스형의 PWM신호가 아니라 연속형 또는 고정형이 될 수도 있다. 또한 PWM신호와는 달리 연속형으로 하면 샘플/홀드모듈(380은 각 정류주기 시작점에서 과도현상을 차단하는 작용만을 하며, 그 결과 PWM구동신호와 관련된 과도현상이 없게된다. 제7b도는 정류중에 활성고정자코일(4) 내에서 흐르는 전류파형(42')을 나타내며, 도면에서 알 수 있는 바와같이 전류파형(42')의 기울기(즉 dI/dT)는 쇄선에 나타낸 바와같이 일정하며, 그 뒤를 이어서 펄스OFF2가 따라온다. 일반적으로 정상동작중에는 회전자(24)가 활성고정자코일(4)에 접근함에 따라 이 dI/dT가 시간이 지나면서 감소한다. 그러나 이 경우 전류파형(42')의 일정기울기(dI/dT)는 이어서 OFF2가 따라오는 정지조건을 나타내며, 이에따라 제7c도의 쇄선에 나타낸 바와같이 정규화전류파형(52')에 나타낸 정지조건으로 해석하게 된다. 정규화전류파형(52')이 미분될 때 제7d도에 수평 쇄선으로 나타낸 바와같이 전류변화율파형(62')의 일정크기를 생성하며, 이어서 OFF2가 따라온다.

소정의 전압드레숄드(36')가 제2도의 실시예와 같은 방법으로 설정되어, 전류변화율파형(62')의 ON펄스전압피크치에 기초하여 비교기(72)를 트리거한다. 그러나, 제7E도에 나타낸 바와같이 비교기(72)의 출력신호(72')는 활성고정자코일(4)의 정류주기 내에서 회전자(24)의 정지조건에 기인하여 소정의 전압드레숄드(36')를 교차하는 것을 정지시키지 않는다. 정지지시기(32)는 전류변화율파형(62')이 소정의 전압드레숄드(36)의 교차를 정지시키지 못하였음을 검출할 수 있고 또한 이러한 상태가 검출되면 사용자에게 정지조건을 경고로 알려준다. 그리고 이러한 기능을 행할 수 있는 것이면 공지된 어떠한 회로도 정지지시기로서 사용이 가능하며, 그예로서 전류변화율파형(62')이 활성고정자코일(4)의 부분정류기 또는 전체정류주기를 통해 소정의 전압드레숄드(36')를 교차하고 있음을 나타낼 경우 LED를 공통디지탈로직과 함께 접합시켜 LED에 대해 점등작용이 일어나도록 할 수도 있다. 앞의 실시예들과 같이 샘플/홀드모듈(38)은 각 PWM펄스변화 및 정류변화가 따라오는 소정의 주기(H) 동안 신호가 정류자(28)에 이르는 것을 보류시킴으로써 스위칭 과도현상을 억제한다.

(절대형 정류위치검출)

제8도의 흐름도는 본 발명에 따른 절대형 정류위치검출방법의 기본 공정(스텝)을 나타내는 것으로서 이 방법은 특히 리럭턴스 통로를 갖는 브러쉬레스모터, 즉 스텝핑모터, 가변스위치리럭턴스(VSR : variable switched reluctanc)모터, PM브러쉬레스모터 등에 사용하기 적합하다. 리럭턴스모터의 토크출력은 여자전류의 제곱에 비례하여 모터의 성능과 효율에 특별히 영향을 주지않고 적은량의 전류를 각 고정자코일에 주입할 수 있다. 후술하는 바와같이 본 발명의 절대형 정류위치검출 방법은 리럭턴스 모터의 상기 특성을 이용하여 기동시와 정상동작 시 모두에서 정류를 정밀하게 판정한다.

제1스텝(105)에서 모든 고정자코일에 최소한 정상량의 전류를 공급하고, 정상동작 중에 구동신호(일정형 또는 펄스형)를 활성고정자코일에 가하면서 공칭 전류량을 비활성고정자코일에 가하게 된다. 시동 때에는 구동신호를 모든 고정자코일에 가하여 모터 내의 고정위치에 회전자가 유지된다. 각 고정자코일에 대한 전류파형은 스텝115에서 감지되어 각 고정자코일 내에 흐르는 전기량을 검출한다. 이후, 각 전류파형은 스텝125에서 미분되어 전류변화율파형을 생성한다. 전술한 바와같이, 전류변화율(dI/dT)은 각 고정자코일의 인덕턴스(L)의 함수이고, 이 함수는 정류위치의 함수가 된다. 따라서, 정류위치는 효과적으로 각 고정자코일에 대한 전류변화율(dI/dT)파형을 효과적으로 분석하여 검출한다. 본 발명의 중요한 점으로서 이러한 분석과정은 스텝135에 포함되어 있으며, 여기서 최소한 2개의 고정자코일에 대한 전류변화율(dI/dT)파형을 비교하여 모터 내의 회전자의 절대위치를 판정한다. 이러한 방식으로 전류위치를 판정한 후 스텝145에서 샘플/홀드회로를 이용하여 정류위치신호를 선택적으로 샘플링하고, 홀드하여 스위칭과도현상과 그 관련 노이즈가 제거된 부분만을 스텝155에서 정류모듈에 공급하여 구동신호와 함께 어느 고정자코일로 정류작업을 행해야하는 지를 판정한다.

본 발명의 중요한 사항으로서 상기 공정은 추가의 정규화스텝을 행할 필요성을 없애주는 데 그 이유는 스텝135에서 모든 고정자코일에 공통으로 발생하는 오차를 소거하기 때문이다. 즉, 온도, 모터 속도, 버스전압, 공기 갭 등의 변동 등과 같이 전류변화율(dI/dT)에 중대한 영향을 주는 외적요인들이 효과적으로 소거된다. 또한, 적절한 비교점을 선택하여 위해 가져야 하는 별도의 독립된 단계의 필요성을 제거한다. 이러한 방식은 스위치 리럭턴스 모터를 이용할 경우 특히 유리한데 그 이유는 이들 모터가 상기 식에 따라서 전류파형변화율(dI/dT)에 악영향을 줄 수도 있는 큰 d

/d

의 값을 야기할 수도 있기 때문이다. 물론 d

/d

의 값을 소거하기 위해 비교점을 적절히 선택하지 않을 경우 정규화스텝을 추가로 행할 수도 있다.

본 발명은 상기 증분형정류위치검출방법에서 제공하는 증분형 기준이 아니라 절대형 기준을 제공하여 정류위치를 판정한다는 점에서 이점이 있다. 이 절대형 기준은 또한 최소한 2개 이상의 고정자코일의 전류변화율파형(dI/dT)을 함께 비교하여 이룰 수 있으며, 전류파형으로부터 가장 정밀한 위치정보만을 추출하게된다. 한편, 증분형 방법은 소정의 전압드레숄드에 대하여 활성고정자코일의 전류변화율파형(dI/dT)을 판정하여 다음 활성고정자코일에 PWM구동신호를 재지시 또는 증분할 필요성을 나타내는 정류포인트를 인식한다. 소정의 전압드레숄드와 비교중에 유입되는 노이즈장애는 상기 증분형 정류위치검출장치의 효율에 악영향을 줄 수 있다. 이와는 달리 절대형 정류위치 검출방법은 각 코일의 상태, 즉 활성, 비활성에 관계가 없으므로 노이즈장애에 영향을 받지않고 중요한 정보를 얻을 수 있다.

제9도 및 제10도는 상기 절대형 정류위치검출방법의 2개의 예를 나타낸다. 양쪽의 실시예에 있어서 모터(2)에 대하여 등간격으로 배치된 가변 스위치형 리럭턴스 모터이다. 제2도 및 제6도에 도시한 실시예에서 정류자(28)와 모터(2) 사이에는 다수의 전류센서(42), (44), (46), (48)가 배치되어 각 고정자코일(4), (8) (12), (16) 내에 흐르는 전류변화율(dI/dT)을 판정한다. 제9도의 실시예와 제10도의 실시예 사이의 중요한 차이는 미분된 전류파형(dI/dT)이 샘플/홀드모듈(38)과 정류자(28)에 공급되기 전에 앞서 먼저 처리된다는 점에 있다.

제9도는 여러 가지 전류변화율(dI/dT)파형들 간에 집합적으로 개연성있는 것들에 대해 상호 비교를 하는 다수의 비교기(69), (71), (73), (75), (77), (79)를 구비하는 병렬처리장치를 이용한다. 당분야의 통상의 기술자는 쉽게 알 수 있는 바와 같이 이들 비교기는 각 고정자코일(4)-(16) 내의 상호인덕턴스(L)의 지시를 제공하며, 전술한바와같이 이것은 각 고정자코일과 회전자 사이의 상대 거리를 파악할 수 있게한다. 샘플/홀드모듈(38)의 샘플기간 중에 이러한 정보를 받으면 정류자(28)는 여러가지 고정자코일(4)-(16) 중 어느 것이 통전되어 시동시에 적절한 회전력으로 회전자(24)를 회전시키는가 또는 정상동작 중에 회전자(24)에 최대토크를 가하는가를 산출한다. 본 실시예에서 6개의 독립 비교기(69)-(79)를 이용하는 예를 보여주고 있지만 어떤 응용분야의 경우에는 단일 비교기의 출력만을 이용하여 정류위치를 검출할 수도 있다. 그 이유는 모든 고정자코일에 공통인 오차를 소거하는 것은 한 번의 비교동작으로 가능하기 때문에, 또한 각 비교동작으로부터의 위치정보량은 정류위치에 따라 변화하기 때문이다. 따라서 모터 동작에 큰 영향을 미치는 것 없이도 특정비교동작을 생략할 수 있다.

제10도는 상기와 같은 특성을 보여주는 것으로서 정류위치를 판정하기 위해 2개의 전류변화율(dI/dT)파형을 선택적으로 비교하는 멀티플렉스처리장치가 이용되는 예를 나타낸다. 이러한 것은 각 미분회로(62)-(68)의 출력을 제1멀티플렉서(82)와 제2멀티플렉서(84)에 연결함으로써 이루어진다. 제1멀티플렉서(82)와 제2멀티플렉서(84)는 선택적으로 스위치전환되어 여러가지 전류변화율파형(dI/dT) 2개만을 단일 비교기(86)에 제공한다. 비교기(86)는 원하는 비교를 행한 후 결과위치정보를 샘플/홀드모듈(38)에 제공하며, 이 샘플/홀드모듈(38)은 전술한 바와같이 이들 신호를 선택된 샘플기간 중에 정류자(28) 공급한다. 이러한 정보에 기초하여 정류자(28)는 PWM구동신호를 초기회전(즉, 시동) 또는 연속회전(즉, 정상동작)을 위해 적절한 고정자코일(40-(16)에 공급한다.

이상, 본 발명에 대하여 당분야의 통상의 기술자가 신규의 기술로서 이해할 수 있도록 실시예를 들어 상세히 설명하였지만 본 발명의 기술적 사상을 일탈하지 않고 여러가지 변경 및 변형이 가능함은 물론이다.

예를들어 제1도 내지 제5도는 미분화 스텝을 선행하는 정규화스텝에 대하여 설명하였지만 본 발명의 범위를 일탈하지 않고 정규화스텝에 앞서 미분화 스텝을 행할 수도 있다. 또한 어떤 응용분야의 경우 상기 증분형 위치검출방법으로부터 정규화스텝을 완전히 배제시킬 수도 있다. 이것은 정규화스텝이 활성고정자코일 내에 흐르는 전류변화율(dI/dT)에 악영향을 미치는 여러가지 외적요인, 즉 모터 속도의 변동, 버스(전선)전압의 변동 등을 제거하기 위한 것이라는 사실에 기인한다. 버스전압과 모터속도를 일정 레벨로 유지시킴으로써 통상적으로 버스전압과 모터속도의 변동에 기인하는 전류변화율의 큰변동을 제거한다. 이와같이 본 발명의 증분형 정류위치검출방법은 상기 정규화동작을 행하지않고도 정류위치를 판정할 수 있다.

또한, 본 발명의 절대형 정류위치검출방법이 정규화를 요하지는 않지만 필요에 따라 미분화단계 전이나 후에 이 스텝을 추가적으로 행할 수도 있다.

그 밖에도 본 발명의 범위를 일탈하지않고 모터(2)의 개수는 도면에 나타낸 것보다 작거나 많을 수도 있다. 또, 본 발명에 따르면 가변 리럭턴스형, 영구자석형, 스텝핑형 모터를 포함하여 그 밖의 어떠한 브러쉬레스모터도 사용가능하다.

이상과 같은 구성에 따라 본 발명은 모터의 전체동작과정을 통해 신뢰성 높고, 정밀하며, 연속적인 정류위치를 검출할 수 있고, 모터속도, PWM주파수, 또는 버스(전선)전압에 관계없이 모터내에 흐르는 전류의 절대값과 무관하게 작동하는 무센서형 정류위치검출이 가능하게 된다. 또한 모터내의 정지조건을 검출할 수 있는 무센서형 정류위치검출장치를 제공할 수 있게 되었다.

Claims

회전자 둘레에 배치되는 다수의 고정자코일을 갖는 다상 브러쉬레스 모터를 시동하는 방법으로서, (a) 상기 모터 내의 일정위치에 상기 회전자가 유지되는 동안 구동신호와 함께 상기 다수의 고정자코일 각각을 동시에 통전시키는 단계와, (b) 상기 동시에 통전시키는 단계 중에 상기 다수의 고정자코일 각각에 대한 전류파형을 연속적으로 감시하는 단계와, (c) 상기 다수의 고정자코일 각각에 대한 전류변화율파형을 규정하기 위해 상기 다수의 고정자코일에 대한 상기 정류파형을 연속적으로 미분하는 단계와, (d) 상기 다수의 고정자코일 중에 활성고정자코일을 판정하기 위해 상기 다수의 고정자코일 각각에 대한 상기 전류변화율파형을 소정의 전압드레숄드와 비교하는 단계와, (e) 상기 모터내에서 회전자의 운동을 시동시키기위해 상기 활성고정자코일에 구동신호를 인가하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 다상 브러쉬레스 모터의 시동방법.
제1항에 있어서, 상기 단계(b)는 (i) 상기 다수의 고정자코일 각각과 연관된 전류감지수단을 제공하는 단계와, (ii) 상기 단계 (a)중에 상기 다수의 고정자코일 각각의 전류파형을 감지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다상 브러쉬레스 모터의 시동방법.
제2항에 있어서, 상기 단계(c)는 (i) 상기 전류감지수단과 연관된 미분수단을 제공하는 단계와, (ii) 상기 다수의 고정자코일 각각에 대한 전류변화율파형을 규정하기 위해 상기 다수의 고정자코일 각각의 전류파형을 미분하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다상 브러쉬레스 모터의 시동방법.
제3항에 있어서, 상기 단계(d)는 (i) 상기 미분수단과 연관된 상기 소정의 전압드레숄드를 조절가능하게 설정하는 수단을 제공하는 단계와, (ii) 상기 소정의 전압드레숄드가 상기 다수의 고정자코일 각각에 대한 전류 변화율파형을 비교하기 위한 기준을 제공하도록 상기 조절가능설절수단을 설정하는 단계와, (iii) 상기 활성고정자코일을 판정하기 위해 상기 다수의 고정자코일에 대한 상기 전류변화율파형을 비교하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다상 브러쉬레스 모터의 시동방법.
제3항에 있어서, 상기 스텝(e)은 i) 상기 구동신호를 발생하는 정류수단을 제공하는 단계와, (ii) 모터 내에서 상기 회전자를 시동시키기위해 상기 구동신호를 상기 활성 고정자코일에 인가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다상 브러쉬레스 모터의 시동방법.
회전자와 다수의 고정자코일을 갖는 다상 브러쉬레스 모터의 시동방법으로서, (a) 상기 회전자가 정지된 상태에서 상기 다수의 고정자코일 각각에 구동신호를 인가하는 단계와, (b) 상기 단계(a)중에 상기 다수의 고정자코일 각각에 대한 전류파형을 연속적으로 미분하는 단계와, (c) 단계(b)로부터 미분된 전류파형을 소정의 전압드레숄드와 연속적으로 비교하는 단계와, (d) 상기 회전자에게 적합한 회전운동을 주기위해 단계(c)에서의 비교결과에 기초하여 상기 다수의 고정자코일 중 최소한 하나 이상을 선택적으로 통전하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 다상 브러쉬레스 모터의 시동방법.
제6항에 있어서, 상기 단계(b)는 (i) 상기 다수의 고정자코일 각각에 대한 전류파형을 감지하는 감지수단을 제공하는 단계와, (ii) 상기 전류감지수단과 연관된 미분수단을 제공하는 단계와, (iii)상기 미분수단을 통해 상기 다수의 고정자코일 각각에 대한 상기 전류파형을 미분하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다상 브러쉬레스 모터의 시동방법.
제7항에 있어서, 상기 단계(c)는 (i) 상기 소정의 전압드레숄드를 조절가능하게 설정하는 수단을 제공하는 단계와, (ii) 상기 각 미분된 전류파형을 상기 소정의 전압드레숄드와 비교하는 비교수단을 제공하는 단계와, (iii) 상기 회전자에 대해 상기 다수의 고정자코일 각각의 상대위치를 판정하기 위해 상기 단계(b)에서 미분된 전류파형을 상기 소정의 전압드레숄드와 비교하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다상 브러쉬레스 모터의 시동방법.
제8항에 있어서, 상기 단계(d)는 (i) 활성고정자코일을 규정하기 위해 상기 다수의 고정자코일 중 어느 것이 상기 회전자와 위치적으로 가장 근접하게 정렬되었는가를 판정하는 단계와, (ii) 상기 활성고정자코일에 상기 구동신호를 인가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다상 브러쉬레스모터의 시동방법.
다상 브러쉬레스 모터에서 다수의 고정자코일에 대해 회전자의 위치를 검출하는 방법으로서, (a) 상기 다수의 고정자코일 각각에 대하여 최소한 소정의 공칭여자전류를 연속적으로 공급하는 단계와, (b) 상기 연속공급단계 중에 상기 다수의 고정자코일에 대하여 전류파형을 연속적으로 감시하는 단계와, (c) 상기 다수의 고정자코일에 대한 전류변화율파형을 규정하기 위해 상기 다수의 고정자코일에 대한 상기 전류파형을 연속적으로 미분하는 단계와, (d) 상기 모터 내의 상기 회전자의 위치를 표시하는 절대기준을 생성하기 위해 상기 전류변화율파형 중 최소한 2개이상의 파형의 크기를 상호 비교하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 다상 브러쉬레스 모터의 시동방법.
제10항에 있어서, 상기 단계(b)는 (i) 상기 다수의 고정자코일 각각과 연관된 전류감지수단을 제공하는 단계와, (ii) 단계(a)중에 상기 다수의 고정자코일 각각의 전류파형을 감지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다상 브러쉬레스 모터의 시동방법.
제11항에 있어서, 상기 단계(c)는 (i) 상기 전류감지수단 각각과 연관된 미분수단을 제공하는 단계와, (ii)상기 다수의 고정자코일 각각에 대한 전류변화율파형을 규정하기위해 상기 다수의 고정자코일 각각의 전류파형을 미분하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다상 브러쉬레스 모터의 시동방법.
제12항에 있어서, 상기 단계(c)는 (i) 상기 다수의 미분수단 중 최소한 2개이상과 연관된 비교수단을 제공하는 단계와, (ii) 상기 다수의 미분수단 중 최소한 2개이상의 각각에 대한 전류변화율 파형의 크기를 함께 비교하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다상 브러쉬레스 모터의 시동방법.
제13항에 있어서, 상기 단계(d) (i)는 상기 다수의 미분수단 중 최소한 2개이상과 연관된 다수의 비교기를 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다상 브러쉬레스 모터의 시동방법.
제13항에 있어서, 상기 단계(d)(i)는 (a) 상기 다수의 미분수단 각각과 결합된 입력과, 비교기에 결합된 출력을 갖는 최소한 2개이상의 멀티플렉서를 제공하는 단계와, (b) 상기 다수의 전류변화율파형 중 2개를 상기 비교기에 선택적으로 공급하기 위해 상기 최소한 2개 이상의 멀티플렉서를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다상 브러쉬레스 모터의 시동방법.
회전자둘레에 다수의 고정자코일이 배치된 브러쉬레스 모터 내에서 정류위치를 판정하는 방법으로서, (a) 상기 다수의 고정자코일 각각에 대하여 최소한 소정의 공칭전류를 인가하는 단계와, (b) 상기 다수의 고정자코일 각각에 대한 전류변화율파형을 생성하기 위해 상기 단계(a)중에 다수의 고정자코일 각각에 흐르는 전류를 연속적으로 미분하는 단계와, (c) 상기 모터 내의 상기 회전자의 위치를 표시하는 절대기준을 판정하기 위해 상기 전류변화율파형 중 최소한 2개이상을 함께 연속적으로 비교하는 단계를 구비하는 것을 특징으로하는 브러쉬레스 모터의 정류위치판정방법.
제16항에 있어서, 상기 단계(b)는 (i) 상기 다수의 고정자코일 각각 대한 전류를 감지하는 전류감지수단을 제공하는 단계와, (ii) 상기 전류감지수단과 연관된 미분수단을 제공하는 단계와, (iii) 상기 미분수단을 통해 상기 다수의 고정자코일 각각에 대한 상기 전류를 미분하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 브러쉬레스 모터의 정류위치판정방법.
제17항에 있어서, 상기 단계(c)는 (i) 상기 미분수단과 연관된 비교기를 제공하는 단계와, (ii) 상기 전류변화율파형 중 최소한 2개이상을 비교하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 브러쉬레스 모터의 정류위치판정방법.
제18항에 있어서, 상기 단계(c)(i)는 상기 미분수단과 연관된 다수의 비교기를 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 브러쉬레스 모터의 정류위치판정방법.
제18항에 있어서, 상기 단계(c)(i)는 비교기와, 이 비교기에 상기 다수의 전류변화율파형 중 최소한 하나이상을 선택적으로 공급하는 제1멀티플렉서와, 상기 비교기에 상기 다수의 전류변형율파형 중 최소한 하나이상을 선택적으로 공급하는 제2멀티플렉서를 제공하는 단계를 포함하고, 상기 단계(c)(ii)는 상기 비교기에 상기 다수의 전류변화율파형 중 최소한 2개이상을 선택적으로 공급하기 위해 상기 제1멀티플렉서 및 제2멀티플렉서를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 브러쉬레스 모터의 정류위치판정방법.
회전자와 다수의 고정자코일을 갖는 다상 브러쉬레스 모터의 동작을 제어하며, 정류위치검출수단과 정류수단을 구비하는 동작제어장치에 있어서, (a) 상기 정류위치검출수단은 상기 다수의 고정자코일에 대해 상대적으로 상기 회전자의 위치를 판정하는 한편, (i) 상기 다수의 고정자코일 각각에 흐르는 전류량을 감지하는 전류감지수단, (ii) 상기 다수의 고정자코일 각각 에 흐르는 상기 전류량을 미분하는 미분수단, (iii) 상기 모터의 상기 회전자의 위치를 나타내는 절대기준을 판정하기 위해 상기 다수의 고정자코일 중 최소한 2개 이상의 상기 미분된 전류를 함께 비교하는 비교수단을 포함하고, (b) 상기 정류수단은 상기 다수의 고정자코일 각각에 대해 최소한 소정의 공칭전류를 선택적으로 인가하고, 상기 절대기준을 기초로 상기 다수의 고정자코일 중 하나이상에게 구동신호를 선택적으로 인가하는 것을 특징으로 하는 다상 브레쉬레스 모터의 동작제어장치.
제21항에 있어서, 상기 비교수단은 상기 미분수단과 상기 정류수단사이에 결합된 최소한 2개이상의 비교기를 포함하는 것을 특징으로 하는 다상 브러쉬레스 모터의 동작제어장치.
제21항에 있어서, 상기 비교수단은 멀티플레싱수단 및 비교기를 포함하고, 상기 멀티플렉싱수단은 상기 다수의 고정자코일 중 최소한 2개이상에 관한 상기 미분된 전류를 선택적으로 상기 비교기에 전달하는 것을 특징으로 하는 다상 브러쉬레스 모터의 동작제어장치.
회전자와 다수의 고정자코일을 갖는 브러쉬레스 모터 내의 정류위치를 판정하는 장치에 있어서, (a) 상기 다수의 고정자코일 각각에 흐르는 전류량을 감지하는 전류감지수단, (b) 상기 다수의 고정자코일 각각에 흐르는 상기 전류량을 미분하는 미분수단, (c) 상기 모터내의 상기 회전자위치를 나타내는 절대기준을 판정하기 위해 상기 다수의 고정자코일 중 최소한 2개 이상에 관한 상기 미분된 전류를 함께 비교하는 비교하는 비교수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 브러쉬레스 모터의 정류위치판정장치.
제24항에 있어서, 상기 비교수단은 상기 미분수단과 상기 정류수단 사이에 결합된 최소한 2개이상의 비교기를 포함하는 것을 특징으로 하는 브러쉬레스 모터의 정류위치판정장치.
제24항에 있어서, 상기 비교수단은 멀티플레싱수단 및 비교기를 포함하고, 상기 멀티플렉싱수단은 상기 다수의 고정자코일 중 최소한 2개이상에 관한 상기 미분된 전류를 선택적으로 상기 비교기에 전달하는 것을 특징으로 하는 브러쉬레스 모터의 정류위치판정장치.