KR100320194B1

KR100320194B1 - 브러시리스 직류모터의 센서리스 속도제어장치

Info

Publication number: KR100320194B1
Application number: KR1019990027745A
Authority: KR
Inventors: 이동명
Original assignee: 구자홍; 엘지전자주식회사
Priority date: 1999-07-09
Filing date: 1999-07-09
Publication date: 2002-01-10
Also published as: KR20010009394A

Abstract

본 발명은 브러시리스 직류모터의 센서리스 속도제어장치에 관한 것으로, 종래의 기술에 있어서 사용되는 위치검출기는 홀 센서나 엔코더 등을 사용하기 때문에 원가의 상승을 가져오고, 경우에 따라서는 직접 BLDC 모터에 취부할 수 없는 경우가 발생하며, 2상이 아닌 3상에 모두 전류가 흐르는 경우에는 BLDC 모터의 회전자 위치를 검출할 수 없는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 창안한 것으로, 위치검출기를 센서리스(SENSORLESS)화하고, 통상의 120도 구간에서만 전류가 흐르는 2상 통전방식 뿐만아니라 3상 모두 전류가 흐르는 경우에도 모터의 위치를 검출하여 속도를 제어할 수 있도록 하는 장치를 제공함으로써, 추가적인 비용의 상승이 없고, 모터에 직접 취부할 수 없는 경우의 발생을 방지하며, 또한 3상에 모두 전류가 흐르는 경우에도 모터의 회전자 위치를 검출할 수 있는 효과가 있다.

Description

브러시리스 직류모터의 센서리스 속도제어장치{SENSORLESS SPEED CONTROL APPARATUS FOR BRUSHLESS DC MOTOR}

본 발명은 브러시리스 직류모터의 센서리스 속도제어장치에 관한 것으로, 특히 위치검출기를 통하여 모터의 회전자 위치를 검출하여 속도를 제어하는 장치에 있어서, 위치검출기를 센서리스(SENSORLESS)화하고, 통상의 120도 구간에서만 전류가 흐르는 2상 통전방식 뿐만아니라 3상 모두 전류가 흐르는 경우에도 모터의 위치를 검출하여 속도를 제어할 수 있도록 하는 브러시리스 직류모터의 센서리스 속도제어장치에 관한 것이다.

도 1은 종래 브러시리스 직류모터의 속도제어장치의 구성을 보인 블록도로서, 이에 도시된 바와 같이 브러시리스 직류 모터(100)(이하 'BLDC 모터'라 약칭함)로 출력되는 인버터(106) 유기전압의 위상을 검출하여 회전자 위치를 감지하는 위치검출기(101)와; 상기 위치검출기(101)에서 검출한 신호에 의해 상기 BLDC 모터(100)의 구동 속도를 검출하는 속도검출기(102)와; 상기 속도검출기(102)로부터 입력되는 속도검출신호와 운전제어부(미도시)로부터 입력되는 속도지령을 감산하여 속도오차를 구하는 감산기(103)와; 상기 감산기(103)에서 출력되는 속도오차에 대한 전압지령(전압의 크기)을 출력하는 속도제어기(104)와; 상기 위치검출기(101)로부터 입력받은 신호와 상기 속도제어기(104)로부터 입력받은 전압지령에 의해 인버터(106)의 스위칭시간을 결정하는 전압제어부(105)와; 상기 전압제어부(105)에서 결정한 스위칭시간에 의한 변조신호에 의해 직류를 가변 주파수의 전압으로 출력하는 인버터(106)와; 상기 인버터(106)로부터 공급되는 전압에 의해 구동되는 BLDC 모터(100)로 구성된다.

이와 같이 구성된 종래 장치의 동작 과정을 설명하면 다음과 같다.

도 1에 도시된 바와 같이 120도 구간에만 전류가 흐르는 2상 통전방식에 있어서는 운전제어부(미도시)에서 출력한 속도지령(Wr*)과 속도검출기(102)에서 검출하여 출력한 속도검출신호(Wr)를 감산기(103)에서 입력받아 감산을 한 후, 이 속도의 오차를 속도제어기(104)의 입력으로 출력한다. 이때 상기 속도검출기(102)의 출력인 속도검출신호(Wr)는 위치검출기(101)의 출력에 의해 계산되어지는데, 이 위치검출기(101)는 엔코더(Encoder)나 홀 센서(Hall sensor) 등으로 구성되어 BLDC 모터(100)로 출력되는 인버터(106) 유기전압의 위상을 검출하는 것에 의해 회전자 위치를 감지하여 상기 속도검출기(102) 및 전압제어부(105)로 출력하며, 상기 속도제어기(104)는 상기 감산기(103)에서 출력한 속도오차에 대한 전압의 크기에 대한 신호(전압지령)를 출력하고, 이를 상기 전압제어부(105)에서 입력받아 전압지령에 의한 인버터(106)의 스위칭시간을 결정한다.

상기에서와 같이 종래의 기술에 있어서 사용되는 위치검출기는 홀 센서나 엔코더 등을 사용하기 때문에 원가의 상승을 가져오고, 경우에 따라서는 직접 BLDC 모터에 취부할 수 없는 경우가 발생하며, 2상이 아닌 3상에 모두 전류가 흐르는 경우에는 BLDC 모터의 회전자 위치를 검출할 수 없는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 창안한 것으로,위치검출기를 센서리스(SENSORLESS)화하고, 통상의 120도 구간에서만 전류가 흐르는 2상 통전방식 뿐만아니라 3상 모두 전류가 흐르는 경우에도 모터의 위치를 검출하여 속도를 제어할 수 있도록 하는 장치를 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 종래 브러시리스 직류모터의 속도제어장치의 구성을 보인 블록도.

도 2는 본 발명에 적용되는 위치검출기의 구성을 보인 예시도.

*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***

100 : BLDC 모터 106 : 인버터

121, 122 : 적분기 123 : 곱셈기

124 : 연산부 R, R1 : 저항

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 브러시리스 직류모터의 센서리스 속도제어장치의 구성은, 브러시리스 직류 모터(이하 'BLDC 모터'라 약칭함)로 출력되는 3상의 인버터 유기전압 및 입력전류신호를 입력받아 소정의 연산(적분 및 가,감산)을 통해 회전자 위치를 검출하는 위치검출기와; 상기 위치검출기에서 검출한 신호에 의해 상기 BLDC 모터의 구동 속도를 검출하는 속도검출기와; 상기 속도검출기로부터 입력되는 속도검출신호와 운전제어부(미도시)로부터 입력되는 속도지령을 감산하여 속도오차를 구하는 감산기와; 상기 감산기에서 출력되는 속도오차에 대한 전압지령(전압의 크기)을 출력하는 속도제어기와; 상기 위치검출기로부터 입력받은 신호와 상기 속도제어기로부터 입력받은 전압지령에 의해 인버터의 스위칭시간을 결정하는 전압제어부와; 상기 전압제어부에서 결정한 스위칭시간에 의한 변조신호에 의해 직류를 가변 주파수의 전압으로 출력하는 인버터와; 상기 인버터로부터 공급되는 전압에 의해 구동되는 BLDC 모터를 포함하여 구성한 것을 특징으로 한다.

상기 위치검출기는 BLDC 모터에 연결된 3개의 가상중성점을 통해 입력되는 전압신호를 적분하여 출력하는 제1 적분기와; 소정 위치의 검출용 저항에 의하여 입력되는 전류신호(i)를 적분하여 출력하는 제2 적분기와; 상기 전류신호(i)를 입력받아 소정의 인덕턴스를 곱하여 출력하는 곱셈기와; 상기 제1 적분기와 곱셈기의 출력을 입력받음과 아울러 저항을 통한 제2 적분기의 출력을 입력받아 각각 가감산을 통해 연산하는 연산부로 구성한 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 일실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 적용되는 위치검출기의 구성을 보인 예시도로서, 이에 도시한 바와 같이 BLDC 모터(100)에 3개의 저항을 사용하여 연결된 3개의 가상중성점(A,B,C)을 통해 입력되는 전압신호를 적분하여 출력하는 제1 적분기(121)와; 소정 위치의 검출용 저항(R1)에 의하여 입력되는 전류신호(i)를 적분하여 출력하는 제2 적분기(122)와; 상기 전류신호(i)를 입력받아 소정의 인덕턴스(Ls)와의 곱을 출력하는 곱셈기(123)와; 상기 제1 적분기(121)와 곱셈기(123)의 출력을 입력받음과 아울러 저항(R)을 통한 제2 적분기(122)의 출력을 입력받아 각각 가감산을 통해 연산하는 연산부(124)로 구성한다.

이와 같이 구성한 본 발명에 따른 일실시예의 동작 과정을 설명하면 다음과 같다.

도 2에 도시한 바와 같이 위치검출기를 센서리스화 한다.

이때, 검출되는 신호(V_out)를 식 1,2를 통해 나타내면 다음과 같다.

따라서,가 되며,좌우변을 모두 적분하면,

Vout = ∫e0 × dt = ∫v·dt - Ls·i - R∫i·dt

여기서, R은 상당 저항이고, Ls는 상당 인덕턴스이며, v는 상전압이고, e₀는 유기기전력을 나타낸다.

모터의 기본 방정식으로부터 상기 수학식 1이 성립하며, 이 수학식 1을 적분형태로 나타내면 상기 수학식 2와 같이 되는데, 여기서 검출되는 전압(V_out)은 유기기전력(e₀)의 적분꼴이므로 유기전압 보다 90도 뒤진 형태가 된다.

즉, 도 2의 검출용 저항(R1)에 의하여 입력되는 전류신호(i)를 곱셈기(123)에서 입력받아 그에 해당하는 인덕턴스(Ls × i)를 출력하고, 제1 적분기(121)는 BLDC 모터(100)에 연결된 가상중성점을 통해 입력되는 전압신호(v)를 적분하여(∫v × dt) 출력하며, 제2 적분기(122)는 상기 전류신호(i)를 입력받아 적분하여 저항(R)을 통해 출력하면(R×∫i × dt), 이를 연산부(124)에서 입력받아 각각 가감산을 통해 위치검출신호(V_out)를 출력하게 된다.

상기에서 검출된 신호(V_out)는 유기전압의 적분치이므로, 위상이 90도 뒤져있으며, 검출된 위치신호에 의한 모터의 속도제어 동작은 종래와 동일하다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명 브러시리스 직류모터의 센서리스 속도제어장치는 위치검출기를 센서리스화함으로써, 추가적인 비용의 상승이 없고, 모터에 직접 취부할 수 없는 경우의 발생을 방지하며, 또한 3상에 모두 전류가 흐르는 경우에도 모터의 회전자 위치를 항상 검출할 수 있는 효과가 있다.

Claims

브러시리스 직류 모터에 연결된 3개의 가상중성점을 통해 입력되는 전압 신호를 적분하여 출력하는 제1 적분기, 소정 위치의 검출용 저항에 의하여 입력되는 전류 신호를 적분하여 출력하는 제2 적분기, 상기 전류 신호를 입력받아 소정의 인덕턴스와의 곱값을 출력하는 곱셈기 및 상기 제1 적분기와 곱셈기의 출력을 입력받음과 아울러 저항을 통해 상기 제2 적분기의 출력을 입력받아 각각 가감산을 통해 연산하는 연산부로 구성되어 회전자 위치를 검출하는 위치검출기와; 상기 위치검출기에서 검출한 신호에 의해 상기 브러시리스 직류 모터의 구동 속도를 검출하는 속도검출기와; 상기 속도검출기로부터 입력되는 속도검출신호와 운전제어부로부터 입력되는 속도지령을 감산하여 속도오차를 구하는 감산기와; 상기 감산기에서 출력되는 속도오차에 대한 전압지령을 출력하는 속도제어기와; 상기 위치검출기로부터 입력받은 신호와 상기 속도제어기로부터 입력받은 전압지령에 의해 인버터의 스위칭시간을 결정하는 전압제어부와; 상기 전압제어부에서 결정한 스위칭시간에 의한 변조신호에 의해 직류를 가변 주파수의 전압으로 변환하여 상기 브러시리스 직류모터에 공급하는 인버터를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 브러시리스 직류모터의 센서리스 속도제어장치.
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