KR100308006B1 - 브레쉬레스직류모터의위치감지에러보상방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 영구자석 매립형 BLDC 모터에서 부하에 따라 센서리스 위치 감지부에 의해 감지된 오차분을 지연각으로 보상할 수 있도록 한 브레쉬레스 직류모터의 위치 감지 에러 보상방법에 관한 것이다. 상기 보상방법은 영구자석 매립형 BLDC 모터의 제어방법에 있어서, 상기 BLDC 모터의 회전자 위치를 검출하는 단계와, 상기 BLDC 모터의 부하에 인가되는 전류를 검출하는 단계와, 상기 회전자의 위치신호와 전류에 따라 보상각을 산출하는 단계와, 상기 보상각으로 회전자 위치 감지 에러를 보상하는 단계에 의해 달성된다. 따라서 본 발명은 BLDC 모터의 구동시 부하에 따라 회전자 위치 오차를 정확하게 감지하여 이를 보상함으로써 고효율의 BLDC 모터로 구현할 수 있다.

Description

브레쉬레스 직류모터의 위치 감지 에러 보상방법{compensation method of a position detecting error for BLDC motor}

본 발명은 브레쉬레스 직류모터에 관한 것으로써, 특히 회전자의 위치 감지후 지연각을 계산하여 이를 보상할 수 있도록 한 브레쉬레스 직류모터의 위치 감지 에러 보상방법에 관한 것이다.

일반적으로 브레쉬레스 직류모터(이하, BLDC 모터라 약칭함)는 도 1에 도시한 바와같은 영구자석 표면 부착형과 도 2에 도시한 바와 같은 영구자석 매립형이 있다.

먼저 도 1을 참조하면 영구자석 표면 부착형 BLDC 모터는 로터(11)의 외주연에 부착된 다수개의 마그네트(12)와, 상기 마그네트(12)와 소정거리 이격되어 권선코일(도시생략됨)이 장착된 스테이터(13)로 구성되어 있다.

다음 도 2를 참조하면 영구자석 매립형 BLDC 모터는 로터(21)의 내주면의 소정영역에 매립 부착된 다수개의 마그네트(22)와, 상기 로터(21)와 소정거리 이격되어 권선코일(도시생략됨)이 장착된 스테이터(23)로 구성되어 있다.

상기한 구성을 갖는 종래의 BLDC 모터에서 영구자석 표면 부착형은 회전자의 위치에 따라 인덕턴스와 에어갭이 동일하지만, 영구자석 매립형은 회전자의 위치에 따라 인덕턴스와 에어갭이 다르다. 왜냐하면 영구자석 표면 부착형과 매립형은 직류 링크전압을 중성점(COM)으로 사용하는 방식에 따라 모터를 제어하는 어드밴스 각의 위상차분과 인덕턴스 성분이 달라지기 때문이다.

이에 대한 구체적인 설명은 도 3 및 도 4에 의거 더욱더 명확해질 것이다.

도 3은 종래기술에 따른 BLDC 모터의 구동장치를 나타낸 회로도이고, 도 4는 도 3의 BLDC 모터의 회전위치에 따른 인덕턴스 변화를 나타낸 그래프이다.

먼저 도 3을 참조하면 종래의 BLDC 모터의 구동장치는 입력전원부(도시생략됨)에 접속된 입력전원 평활용 콘덴서(C1)(C2)와, 상기 콘덴서(C1)(C2)의 출력단에 접속된 다수개의 스위칭 트랜지스터(Q1∼Q6)와, 상기 스위칭 트랜지스터(Q1∼Q6)의 에미터와 콜렉터에 각각 접속되며 각 상(a,b,c)의 통전을 위한 프리휠링(free wheeling) 다이오드(D1∼D6)와, 상기 스위칭 트랜지스터(Q1∼Q6)의 출력단에 접속된 BLDC 모터(30)와, 상기 BLDC 모터(30)의 전압입력단과 상기 콘덴서(C1)(C2) 사이에 접속되어 로터(rotor)의 회전 위치를 감지하는 센서리스 위치 감지부(31)로 구성되어 있다.

따라서 상기 BLDC 모터(30)의 회전시 기전력(EMFa,EMFb,EMFc)에 따른 인덕턴스(La,Lb,Lc)는 도 4와 같이 회전자의 위치에 따라 편차가 발생하며, 상기 인덕턴스(La,Lb,Lc)의 변화에 따른 중성점(COM)에서의 전압(V_abc)과 리액턴스(L_abc)는 다음식과 같다.

따라서 상기한 수학식에 의거 인덕턴스 변화에 따른또는만큼의 감지 오차분이 발생하므로 BLDC 모터(30)의 부하가 크면 클수록 상기 감지 오차분이 심하게 발생하여 모터의 효율이 떨어지는 문제점이 있다.

또한 직류 링크 전압을 중성점으로 사용하는 방식의 영구자석 매립형 BLDC 모터는 회전자의 위치에 따른 인덕턴스 변화에 의해 감지 오차분이 반드시 발생한다.

따라서 본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로써, 본 발명의 목적은 영구자석 매립형 BLDC 모터에서 부하에 따라 센서리스 위치 감지부에 의해 감지된 오차분을 지연각으로 보상할 수 있도록 한 브레쉬레스 직류모터의 위치 감지 에러 보상방법을 제공함에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 브레쉬레스 직류모터의 위치 감지 에러 보상방법의 특징은, 영구자석 매립형 BLDC 모터의 제어방법에 있어서, 상기 BLDC 모터의 회전자 위치를 검출하는 단계와, 상기 BLDC 모터의 부하에 인가되는 전류를 검출하는 단계와, 상기 회전자의 위치신호와 전류에 따라 보상각을 산출하는 단계와, 상기 보상각으로 회전자 위치 감지 에러를 보상하는 단계로 구성된 점에 있다.

또한 본 발명의 다른 특징은, 영구자석 매립형 BLDC 모터의 제어방법에 있어서, 상기 BLDC 모터의 회전자 위치를 검출하는 단계와, 상기 BLDC 모터의 부하를 산출하는 단계와, 상기 회전자의 위치신호와 부하에 따라 보상각을 산출하는 단계와, 상기 보상각으로 회전자 위치 감지 에러를 보상하는 단계로 구성된 점에 있다.

도 1은 종래의 영구자석 표면 부착형 BLDC 모터를 나타낸 개략 단면도

도 2는 종래의 영구자석 매립형 BLDC 모터를 나타낸 개략 단면도

도 3은 종래기술에 따른 브레쉬레스 직류모터의 구동장치를 나타낸 회로도

도 4는 도 3의 BLDC 모터의 회전위치에 따른 인덕턴스 변화를 나타낸 그래프

도 5는 각 상의 변화에 따른 토크상수, 토크전류 및 토크리플을 나타낸 파형도

도 6은 본 발명에 따른 브레쉬레스 직류모터의 위치 감지 에러 보상방법의 일 실시예를 나타낸 플로우챠트

도 7은 본 발명에 따른 브레쉬레스 직류모터의 위치 감지 에러 보상방법의 다른 실시예를 나타낸 플로우챠트

도 8은 도 6 및 도 7의 지연각 보상에 따른 토크전류 변화를 나타낸 그래프

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

11, 21 : 로터 12, 22 : 마그네트

13, 23 : 스테이터 30 : BLDC 모터

31 : 센서리스 위치 감지부 Q1∼Q6 : 스위칭 트랜지스터

D1∼R6 : 다이오드 C1, C2 : 콘덴서

La,Lb,Lc : 인턱턴스 Ra,Rb,Rc : 리액턴스

EMFa,EMFb,EMFc : 역기전력 COM : 중성점

이하, 본 발명에 따른 브레쉬레스 직류모터의 위치 감지 에러 보상방법의 바람직한 일 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 6 및 도 7은 본 발명에 따른 브레쉬레스 직류모터의 위치 감지 에러 보상방법을 나타낸 플로우챠트이고, 도 8은 도 6 및 도 7의 지연각 보상에 따른 토크전류 변화를 나타낸 그래프이다.

본 발명의 위치 감지 에러 보상과 각 상의 변화에 따른 토크상수, 토크전류 및 토크리플을 도 3과 도 5를 참조하여 살펴보면 다음과 같다.

먼저 도 3을 참조하면, 본 발명의 BLDC 모터의 구동장치는 입력전원부(도시생략됨)에 접속된 평활용 콘덴서(C1)(C2)를 통해 직류 평활된 입력전원이 인가되면, 게이트 구동부(도시생략됨)의 펄스폭 변조신호에 따라 상기 콘덴서(C1)(C2)의 출력단에 접속된 다수개의 스위칭 트랜지스터(Q1∼Q6)가 교번적으로 턴온/턴오프된다. 그러면 상기 스위칭 트랜지스터(Q1∼Q6)의 에미터와 콜렉터에 각각 접속된 프리휠링 다이오드(D1∼D6)에 의해 각 상(a,b,c)이 통전된다. 이때 각 상(a,b,c)의 통전시 나타나는 토크상수(50), 토크전류(51), 토크리플(52)는 도 5에 도시한 바와 같다. 그리고 상기 토크리플(52)은 각 상의 변환시마다 발생하는 것으로 인지된다.

그러나 상기한 토크전류(51)는 토크상수(50)의 상승구간과 하강구간에서 지연구간(H1)(H2)이 발생한다. 이러한 지연구간(H1)(H2)는 모터의 효율을 저하시키는 하나의 요인으로 작용하며, 상기 지연구간은 부하가 크면 클수록 그 편차가 심하게 나타난다.

따라서 도 6에 도시한 바와같이, 중성점(COM)의 전위(Vn)가 "Vdc/2"이고 단자전압(Vc)이 "Vdc/2 + EMFc"인 것을 고려할 때 센서리스 위치 감지부(31)가 Vdc/2로 회전자의 위치를 감지한다(S100). 이때 센서리스 위치 감지부(31)는 BLDC 모터(30)에 인가되는 전류도 검출하는데(S110), 특히 부하에 인가되는 전류를 검출하기 위하여 별도의 부하 전류 감지센서를 이용할 수 도 있다.

이와같이 검출된 에러신호와 과전류는 마이컴(도시생략됨)에 인가되면 상기 마이컴에서는의 보상전압과 보상전압/△EMF×60。의 보상각을 계산해 낸다(S120).

그러면 상기와 같이 구해진 보상전압과 보상각으로 회전자 위치 감지 에러를 보상함으로써 지연구간에서의 오차분을 최소화 할 수 있다(S130).

한편 본 발명에 따른 위치 감지 에러의 다른 보상방법이 도 8에 개시되어 있다.

도 8을 참조하면, 본 발명의 영구자석 매립형 BLDC 모터의 제어방법은 도 7과 동일내지 유사하고 다만 부하 전류를 검출하는 단계에만 그 차이가 있다.

먼저 BLDC 모터의 회전자 위치를 검출하고(S100), 상기 BLDC 모터에 접속된 부하의 전류 검출과 함께 모터의 인가듀티(duty)와 모터 속도로 부터 부하를 계산한다(110-1).

이때 부하의 검출은 모터에 인가되는 전압과 모터의 회전속도를 통해서 검출할 수 있고, 구동 시스템의 온도센서(도시생략됨)를 이용하여 검출할 수 도 있다.

이후 과정은 도 7에서와 동일하게 상기 회전자의 위치신호와 부하에 따라 보상각을 산출하고(S120), 상기 보상각으로 회전자 위치 감지 에러를 보상한다(S130).

상기한 본 발명의 제1 및 제2 실시예에 의거 수행된 상승구간과 하강구간의 지연구간(H1)(H2)에서의 보상각과 보상전류는 본 발명의 실험 결과치로써 도 8에 도시한 바와 같다.

도 8를 참조하면 전류값은 보상각에 비례함을 할 수 있고, 최적한 보상각은 5。이고, 상기 전류값과 보상각은 회전각에 대하여 일정하게 나타나는 것으로 측정된다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 브레쉬레스 직류모터의 위치 감지 에러 보상방법은 영구자석 매립형 BLDC 모터에서 부하에 따라 센서리스 위치 감지부에 의해 감지된 오차분을 지연각으로 보상할 수 있다.

또한 본 발명은 BLDC 모터의 구동시 부하에 따라 회전자 위치 오차를 정확하게 감지하여 이를 보상함으로써 고효율의 BLDC 모터로 구현할 수 있는 탁월한 효과 있다.

따라서 본 발명은 전류감지센서에 의해 부하를 감지하여 위치 에러를 보상할 수 있고, BLDC 모터의 회전속도 및 듀티비로 부터 모터의 부하를 확인하는 방법으로도 적용가능하기 때문에, 본 발명의 기술적 사상이 벗어나지 않는 범위내에서 본 실시예들에 국한되지 않고 다양한 변조 변화가 가능함은 명백하다.

Claims (8)

1. 영구자석 매립형 BLDC 모터의 제어방법에 있어서; 상기 BLDC 모터의 회전자 위치를 검출하는 단계와; 상기 BLDC 모터의 부하에 인가되는 전류를 검출하는 단계와; 상기 회전자의 위치신호와 전류에 따라 보상각을 산출하는 단계와; 상기 보상각으로 회전자 위치 감지 에러를 보상하는 단계로 구성된 것을 특징으로 하는 브레쉬레스 직류모터의 위치 감지 에러 보상방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 전류는 부하전류 감지센서에 의해 감지함을 특징으로 하는 브레쉬레스 직류모터의 위치 감지 에러 보상방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 위치신호는 센서리스 위치 감지부에 의해 검출됨을 특징으로 하는 브레쉬레스 직류모터의 위치 감지 에러 보상방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 위치신호 검출단계는 회전자의 위치에 따른 속도를 검출하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 브레쉬레스 직류모터의 위치 감지 에러 보상방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 회전자 위치 감지 에러 보상단계는 모터의 부하를 확인하는 단계와, 상기 부하에 따라 모터에 보상전압을 인가하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 브레쉬레스 직류모터의 위치 감지 에러 보상방법.
6. 영구자석 매립형 BLDC 모터의 제어방법에 있어서; 상기 BLDC 모터의 회전자 위치를 검출하는 단계와; 상기 BLDC 모터의 부하를 산출하는 단계와; 상기 회전자의 위치신호와 부하에 따라 보상각을 산출하는 단계와; 상기 보상각으로 회전자 위치 감지 에러를 보상하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 브레쉬레스 직류모터의 위치 감지 에러 보상방법.
7. 제6항에 있어서, 상기 부하를 검출하는 단계는 모터에 인가되는 전압과 모터의 속도를 통해서 검출하는 것을 특징으로 하는 브레쉬레스 직류모터의 위치 감지 에러 보상방법.
8. 제6항에 있어서, 상기 부하를 검출하는 단계는 시스템의 온도센서를 이용하여 검출하는 것을 특징으로 하는 브레쉬레스 직류모터의 위치 감지 에러 보상방법.