KR100408061B1 - 센서리스 비엘디씨 모터의 회전자 위치검출방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 센서리스 비엘디씨 모터의 회전자 위치 검출방법에 관한 것으로, 모터 구동 동작중에 임의의 상전류를 차단하여 검출한 역기전력으로 회전자의 위치신호를 검출하도록 한 것이다. 이를 위하여 본 발명은 모터에 흐르는 전압과 전류를 이용하여 회전자의 위치를 추정하여 구동하는 센서리스 비엘디씨 모터에 있어서, 사용자에 의해, 위치정보 보정 모드가 선택되었는지를 판단하는 제1 과정과; 상기 제1 과정의 판단결과, 위치정보 보정 모드가 아니면, 'A,B,C'상에 흐르는 전압과 전류를 이용하여 회전자의 위치를 추정하여 모터를 구동하는 제2 과정과; 상기 제1 과정의 판단결과, 위치 정보 보정 모드이면, 'A,B,C' 상의 전류를 차단한후 'A,B,C' 상에 대한 상전압을 검출하는 제3 과정과; 상기 제3 과정의 'A,B,C'상에 대한 상전압에 의해, 'A,B,C'상의 역기전력을 계산하는 제4 과정과; 상기 'A,B,C'상의 역기전력을 이용하여 회전자의 위치정보를 검출한후, 그 회전자 위치정보를 근거로 하여 회전자 위치신호를 초기화하는 제5 과정으로 이루어진다.

Description

센서리스 비엘디씨 모터의 회전자 위치검출방법{ROTOR POSITION DETECTING METHOD FOR SENSORLESS BLDC MOTOR}
본 발명은 센서리스 비엘디씨 모터의 회전자 위치검출방법에 관한 것으로, 특히 모터 구동 동작중에 임의의 상전류를 차단하여 검출한 역기전력으로 회전자의 위치신호를 검출하도록 한 센서리스 비엘디씨 모터의 회전자 위치검출방법에 관한 것이다.
일반적으로, 비엘디씨 모터를 사용한 세탁기에서 센서리스 제어를 수행하기 위하여 직류링크의 전류를 검출하여 모터의 상전류 정보를 추출하고, 별도로 모터의 상전압을 검출하여 동작시킨다.
만약, 세탁기를 감속시키려면 큰 관성부하를 정지시키기 위해 모터의 상저항을 이용하게 되고, 이로 인해 인버터의 출력이 차단되어 연속적인 센서리스 운전을 수행하지 못하는데, 이와같은 종래 기술을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도1은 일반적인 3상 교류모터의 구동 인버터를 보인 블록도로서, 이에 도시된 바와같이 정류된 상용교류전원을 평활하는 평활용 커패시터(C1,C2)와, 상기 평활용커패시터(C1,C2)의 직류전압을 마이크로컴퓨터의 제어신호에 의해 3상 교류전압으로 가변하는 인버터부와, 상기 인버터부의 3상 교류전압에 의해 구동되는 모터와; 상기 모터에 인가되는 전압과 전류를 이용하여, 상기 모터의 회전자위치를 검출하여 그에 따라 상기 인버터부의 구동을 제어하는 마이크로컴퓨터로 구성된다.
도2는 일반적인 비엘디씨 모터의 센서리스 제어장치에 대한 구성을 보인 블록도로서, 이에 도시된 바와같이 사용자가 원하는 모터속도와 현재 모터속도신호를 비교하여 그에 따른 비교신호를 출력하는 비교기(1)와; 상기 비교기(1)의 비교신호에 따른 속도제어신호를 출력하는 속도제어기(2)와; 상기 속도제어기(2)의 속도제어신호와 모터 회전자위치신호를 입력받아 그에 따른 전압지령을 발생하는 전압지령발생기(3)와; 상기 전압지령발생기(3)의 전압지령에 의해 직류링크전압을 3상 교류전압으로 가변하는 인버터부(4)와; 상기 인버터부(4)의 출력단에서 각상의 전압을 검출함과 아울러 상기 직류링크전압(Vdc)을 직류링크저항(Rdc)을 통해 검출하는 전류/전압검출기(6)와; 상기 전류/전압검출기(6)에서 출력되는 전류/전압검출신호를 입력받아 이를 소정 연산하여 그에 따른 모터 회전자 위치신호를 출력함과 아울러 현재 모터 속도신호를 출력하는 속도/위치연산부(7)로 구성되며, 이와같은 종래 장치의 동작을 설명한다.
먼저, 비교기(1)는 사용자가 원하는 모터속도와 현재 모터속도신호를 비교하여 그에 따른 비교신호를 출력하고, 속도제어기(2)는 상기 비교기(1)의 비교신호를 입력받아 그에 따른 속도제어신호를 출력하는데, 즉 현재 모터속도가 사용자가 원하는 모터속도보다 작으면 모터속도를 증가시키는 속도제어신호를 출력하고, 현재 모터속도가 사용자가 원하는 모터속도보다 크면 모터속도를 감소시키는 속도제어신호를 출력한다.
이후, 전압지령발생기(3)는 상기 속도제어기(2)의 속도제어신호와 후술할 속도/위치연산부(7)의 모터 회전자 위치신호를 입력받아 그에 따른 전압지령을 인버터부(4)의 각 스위칭소자에 인가하고, 이에 따라 상기 인버터부(4)는 상기 전압지령에 의해 직류링크전압(Vdc)을 3상 교류전압으로 가변하여 출력한다.
그러면, 모터(5)는 상기 인버터부(4)에서 발생하는 3상 교류전압에 의해 구동된다.
한편, 전류/전압검출기(6)는 상기 인버터부(4)의 출력단에서 각상의 전압을 검출함과 아울러 상기 직류링크 전류를 직류링크 저항을 통해 검출하는데, 즉 도3과 같이 직류링크단에 직렬로 접속된 저항을 통해 직류링크 전류를 검출한다.
이때, 속도/위치연산부(7)는 상기 전류/전압검출기(6)로부터 전압과 전류를 입력받아 이를 소정 연산하여 그에 따른 모터 회전자 위치신호 및 현재 모터속도를 각기 상기 전압지령발생기(3)와 비교기(1)로 출력한다.
여기서, 상기 속도/위치연산부(7)는 아래의 수학식을 이용하여 모터의 속도 또는 위치를 계산한다.
여기서,:저항:모터 회전자 위치
:인덕턴스:모터속도
:상전압:상전류
:역기전력상수
이후, 상술한 동작을 반복 수행하여 모터(5)의 구동을 제어한다.
여기서, 상술한 바와같이 센서리스 비엘디씨 모터로 세탁기를 구동시키는 경우, 상전류와 상전압으로 회전자의 위치를 추정하여 모터를 구동하는데, 이와같은 경우에, 위치신호의 오차가 커지게 되면 모터가 탈조하여 정상 상태로 복귀하지 못하는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 모터 구동 동작중에 각 상전류를 차단하여 검출한 역기전력으로 정확한 회전자의 위치신호를 검출하도록 한 센서리스 비엘디씨 모터의 회전자 위치 검출방법을 제공함에 그 목적이 있다.
도1은 일반적인 비엘디씨 모터의 구동회로를 보인 개략도.
도2는 일반적인 비엘디씨 모터의 센서리스 제어장치에 대한 구성을 보인 블록도.
도3은 도2에 있어서, 직류링크저항을 이용하여 상전류를 검출하는 모습을 보인 회로도.
도4는 본 발명 센서리스 비엘디씨 모터의 회전자 위치검출방법에 대한 동작흐름도.
도5는 전류가 없을 경우의 각 상전압에 대한 파형도.
도6은 전류가 없을 경우의 각 상전압에 대한 역기전력의 파형도.
도7은 각 상전압과 역기전력의 관계를 보인도.
** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 **
1:비교기 2:속도제어기
3:전압지령발생기 4:인버터부
5:모터 6:전류/전압검출기
7:속도/위치연산부
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 모터에 흐르는 전압과 전류를 이용하여 회전자의 위치를 추정하여 구동하는 센서리스 비엘디씨 모터에 있어서, 사용자에 의해, 위치정보 보정 모드가 선택되었는지를 판단하는 제1 과정과; 상기 제1 과정의 판단결과, 위치정보 보정 모드가 아니면, 'A,B,C'상에 흐르는 전압과 전류를 이용하여 회전자의 위치를 추정하여 모터를 구동하는 제2 과정과; 상기 제1 과정의 판단결과, 위치 정보 보정 모드이면, 'A,B,C' 상의 전류를 차단한후 'A,B,C' 상에 대한 상전압을 검출하는 제3 과정과; 상기 제3 과정의 'A,B,C'상에 대한 상전압에 의해, 'A,B,C'상의 역기전력을 계산하는 제4 과정과; 상기 'A,B,C'상의 역기전력을 이용하여 회전자의 위치정보를 검출한후, 그 회전자 위치정보를 근거로 하여 회전자 위치신호를 초기화하는 제5 과정으로 수행함을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 의한 센서리스 비엘디씨 모터의 회전자 위치 검출방법에 대한 작용 및 효과를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명 센서리스 비엘디씨 모터의 회전자 위치 검출방법이 적용되는 장치는 종래 도2와 동일하고, 도4는 본 발명 센서리스 비엘디씨 모터의 회전자 위치 검출방법에 대한 동작흐름도로서,이에 도시한 바와같이 사용자에 의해, 위치정보 보정 모드가 선택되었는지를 판단하는 제1 과정과; 위치정보 보정 모드가 아니면, 'A,B,C'상에 흐르는 전압과 전류를 이용하여 회전자의 위치를 추정하여 모터를 구동하는 제2 과정과; 상기 제1 과정의 판단결과, 위치 정보 보정 모드이면, 'A,B,C' 상의 전류를 차단한후 'A,B,C' 상에 대한 상전압을 검출하는 제3 과정과; 상기 제3 과정의 'A,B,C'상에 대한 상전압에 의해, 'A,B,C'상의 역기전력을 계산하는 제4 과정과; 상기 'A,B,C'상의 역기전력을 이용하여 회전자의 위치정보를 검출하는 제5 과정과; 상기 제5 과정의 회전자 위치정보를 기준으로 회전자 위치신호를 초기화하는 제6 과정으로 이루어지며, 이와같은 본 발명의 동작을 설명한다.
먼저, 비교기(1)는 사용자가 원하는 모터속도와 현재 모터속도신호를 비교하여 그에 따른 비교신호를 출력하고, 속도제어기(2)는 상기 비교기(1)의 비교신호를 입력받아 그에 따른 속도제어신호를 출력하는데, 즉 현재 모터속도가 사용자가 원하는 모터속도보다 작으면 모터속도를 증가시키는 속도제어신호를 출력하고, 현재 모터속도가 사용자가 원하는 모터속도보다 크면 모터속도를 감소시키는 속도제어신호를 출력한다.
이후, 전압지령발생기(3)는 상기 속도제어기(2)의 속도제어신호와 후술할 속도/위치연산부(7)의 모터 회전자 위치신호를 입력받아 그에 따른 전압지령을 인버터부(4)의 각 스위칭소자에 인가하고, 이에 따라 상기 인버터부(4)는 상기 전압지령에 의해 직류링크 전압(Vdc)을 3상 교류전압으로 가변하여 출력한다.
그러면, 모터(5)는 상기 인버터부(4)에서 발생하는 3상 교류전압에 의해 구동된다.
여기서, 전류/전압검출기(6)는 상기 인버터부(4)의 각 상의 출력단에서 상전압을 검출함에 있어, 종래와 달리, 각상의 스위칭소자를 오프시켜 전류를 차단한후, 상전압을 검출한다.
이때, 속도/위치연산부(7)는 상기 전류/전압검출기(6)로부터 각 상전압을 입력받아 이를 소정 연산하여 그에 다른 모터의 회전자 위치신호 및 현재 모터속도를 각기 상기 전압지령발생기(3)와 비교기(1)로 출력한다.
즉, 상기 전류/전압검출기(6)는, 인버터부(4)의 스위칭소자를 모두 오프시켜 각상의 전류를 차단한후, 도5와 같이 'A,B,C'상의 전압을 검출하여 이를 속도/위치연산부(7)에 인가하고, 그러면 상기 속도/위치연산부(7)는 상기 전류/전압검출기 (6)로부터 출력되는 'A,B,C'상의 전압을 이용하여, 도6과 같은 'A,B,C'상의 역기전력을 계산한후, 이 역기전력을 이용하여 회전자의 위치정보를 검출하는데, 이를 수식으로 표현하면 아래와 같다.
우선, 도7은 각상의 전압(Va,Vb,Vc)과 역기전력(Emfa,Emfb,Emfc)의 관계를 보인도로서, 이를 벡터식으로 표현하면 아래의 수학식으로 표현된다.
Va-Vb=Emfa-Emfb
Vb-Vc=Emfb-Emfc
Vc-Va=Emfc-Emfa
이때, Emfd=Emfa이므로, 자속 역기전력(Emfd)은 1/3(2Va-Vb-Vc)이다.
여기서, 토오크 역기전력(Emfq)은
그러면, 도7에 의해 위치신호는 아래의 수학식으로 표현된다.
즉, 사용자에 의해, 일정시간 간격으로 위치정보를 보정하도록 셋팅하여, 일정시간이 지나 위치 정보 보정 모드로 전환되면,'A,B,C' 상의 전류를 차단한후 'A,B,C' 상에 대한 상전압을 검출한다.
즉, 인버터부의 스위칭소자를 모두 오프시켜 각상의 전류를 차단한후, 'A,B,C'상의 전압을 검출한다.
상기 'A,B,C'상의 전압을 이용하여 'A,B,C'상의 역기전력을 계산한다.
그 다음, 상기 역기전력을 이용하여 회전자의 위치정보를 검출하고, 그 회전자 위치정보를 기준으로 회전자 위치신호를 초기화한다.
다시 말해서, 본 발명은, 'A,B,C'상의 상전류를 차단하여 상전압을 검출한후, 그 'A,B,C'상의 상전압으로 각 상에 대한 역기전력을 구하고, 그 역기전력으로 회전자의 위치정보를 검출하여 회전자 위치신호를 초기화한다.
이상에서 상세히 설명한 바와같이 본 발명은, 모터 구동 동작중에 임의의 상전류를 차단하여 검출한 역기전력으로 회전자의 위치신호를 정확하게 초기화함으로써 비엘디씨 모터를 안정되게 구동하는 효과가 있다.

Claims (5)

  1. 모터에 흐르는 전압과 전류를 이용하여 회전자의 위치를 추정하여 구동하는 센서리스 비엘디씨 모터에 있어서,
    사용자에 의해, 위치정보 보정 모드가 선택되었는지를 판단하는 제1 과정과;
    상기 제1 과정의 판단결과, 위치정보 보정 모드가 아니면, 'A,B,C'상에 흐르는 전압과 전류를 이용하여 회전자의 위치를 추정하여 모터를 구동하는 제2 과정과;
    상기 제1 과정의 판단결과, 위치 정보 보정 모드이면, 'A,B,C' 상의 전류를 차단한후 'A,B,C' 상에 대한 상전압을 검출하는 제3 과정과;
    상기 제3 과정의 'A,B,C'상에 대한 상전압에 의해, 'A,B,C'상의 역기전력을 계산하는 제4 과정과;
    상기 'A,B,C'상의 역기전력을 이용하여 회전자의 위치정보를 검출한후, 그 회전자 위치정보를 근거로 하여 회전자 위치신호를 초기화하는 제5 과정으로 수행함을 특징으로 하는 센서리스 비엘디씨 모터의 회전자 위치 검출방법.
  2. 제1 항에 있어서,'A,B,C'상의 역기전력은 아래의 수학식으로 구하는 것을 특징으로하는 센서리스 비엘디씨 모터의 회전자 위치 검출방법.
    [수학식 2]
    Va-Vb=Emfa-Emfb
    Vb-Vc=Emfb-Emfc
    Vc-Va=Emfc-Emfa
  3. 제1항에 있어서, 회전자의 위치정보는 아래의 수학식으로 구하는 것을 특징으로 하는 센서리스 비엘디씨 모터의 회전자 위치 검출방법.
    [수학식 3]
    위치신호(θ)=
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