KR100431287B1 - 무센서 브러시리스 모터의 기동방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 무센서(sensorless) 브러시리스 모터의 임의의 한상을 전자기력으로 강제로 구속하여 초기 기동위치를 찾은 후에 다음상에 펄스를 가하여 모터를 기동시킴으로써 브러시리스 모터의 기동시간을 단축시키고 역회전의 가능성을 감소시킴과 동시에 임의의 부하에서도 기동이 가능하도록 하는 무센서 브러시리스 모터의 기동방법에 관한 것이다.

이를 위한 본 발명은, 모터 구동시 발생되는 역기전력을 감지하여 이를 통해 회전자의 위치를 검출하도록 된 적어도 3상 이상의 다상을 갖는 무센서 브러시리스 모터의 기동방법에 있어서, 상기 모터의 초기 기동에 앞서 상기 모터의 임의의 한상에 그 폭이 단계적으로 증가하는 구속전력 펄스를 인가하여 상기 임의의 한상을 구속시키는 구속단계와; 상기 임의의 한상이 구속된 상태를 모터 기동의 초기 위치로 설정하는 초기위치 설정단계; 및 상기 구속된 임의의 한상에 이어지는 회전방향에 있는 다음상에 소정의 기동신호 펄스를 인가하여 모터를 기동시키는 기동단계;를 포함하여 점에 그 특징이 있다.

Description

무센서 브러시리스 모터의 기동방법{Method for starting sensorless brushless motor}

본 발명은 무센서(sensorless) 브러시리스 모터의 기동방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 무센서 브러시리스 모터의 임의의 한상을 전자기력으로 강제로 구속하여 초기 기동위치를 찾은 후에 다음상에 펄스를 가하여 모터를 기동시킴으로써 브러시리스 모터의 기동시간을 단축시키고 역회전의 가능성을 감소시킴과 동시에 임의의 부하에서도 기동이 가능하도록 하는 무센서 브러시리스 모터의 기동방법에 관한 것이다.

한편, 본 발명은 무센서 브러시리스 모터의 기동시 임의의 한상이 구속될 때까지 그 폭이 점진적으로 증가하여 그 최대 펄스폭이 정해진 다수개의 펄스들을 인가하여 모터를 구속시킨 다음 기동할 수 있도록 함으로써 상기 브러시리스 모터의 기동장치의 신뢰성 및 내구성이 향상되도록 한 무센서 브러시리스 모터의 기동방법에 관한 것이다.

잘 알려진 바와 같이, 브러시리스 모터는 홀센서(Hall sensor), 엔코더(encoder)와 같은 위치 감지센서를 모터에 설치하고, 이 위치 감지센서에 의해 검출된 회전자(Rotor; 로터)의 위치에 근거하여 구동속도를 제어한다.

그런데, 브러시리스 모터에 있어서, 모터에 위치 감지센서들을 부착함에 따라 부피의 증가와 신뢰성 저하 및 가격 상승이 초래되었고, 상기 위치 감지센서들을 에어콘이나 냉장고의 콤프레셔와 같이 하우징내에 밀봉된 상태로 설치할 경우 원천적으로 위치 감지센서의 설치 및 보수가 어려운 단점이 있게 된다.

브러시리스 모터의 회전자의 위치를 검출하기 위해 상기 위치 감지센서를 부착함으로써 발생하는 상기 단점을 해소하기 위해, 즉 상기 위치 감지센서를 이용하지 않고 모터 구동시 발생하는 역기전력을 이용하여 회전자의 위치를 검출하는 방법이 제안되어 현재 널리 공지공용되고 있는데, 그 일례의 방법을 도 1에 나타내 보였다. 도 2는 일반적인, 바람직하게는 3상 무센서 브러시리스 모터의 기동 및 제어를 위한 제어 블록 구성도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 종래 무센서 브러시리스 모터의 기동방법은, 먼저 제어신호부(10)의 제어신호에 따라 논리회로부(15)에서 소정의 기동신호(펄스)를 발생하여 이 기동신호를 구동부(20)를 통해 무센서 브러시리스 모터(1)의 임의의 한상(이하, 'A상'이라 한다)에 저전력으로 인가한다(S10)(S15)(S20). 상기와 같이 해서 PWM, 전압을 포함하는 기동 전력이 무센서 브러시리스 모터(1)에 인가되면, 모터 구동원리에 따른 전자기력에 의하여 모터(1)의 회전자가 움직이게 되고 이때 브러시리스 모터(1)의 각 상에는 역기전력이 발생하게 된다(S25).

상기 기동신호의 인가에 따라 모터(1)의 기동속도가 일정수준을 넘게 되면, 모터(1)에서 발생되는 역기전력이 역기전력 감지부(25)에 의해 감지되어 논리회로부(15)로 피드백된다. 역기전력이 논리회로부(15)에 피드백되면, 논리회로부(15)는 우선적으로 모터(1)의 회전방향을 판별한다. 논리회로부(15)에 의해 판별된 모터(1)의 회전방향이 목표하는 방향(정방향)과 일치하면, 논리회로부(15)는 역기전력에 의해 논리연산된 동기신호를 다음상(이하, 'B상'이라 한다)에 인가하고, 모터기동을 위해 발생시킨 기동신호 펄스를 중지시킨다(S30)(S40)(S45). 그 다음상(이하, 'C상'이라 한다)에 인가되는 신호 역시 전술한 바와 같이 역기전력으로부터 논리연산된 동기신호에 의하여 제공됨으로써 무센서 브러시리스 모터(1)는 모터전원부(30)에서 모터전원이 오프(OFF)될 때까지 연속으로 회전하게 된다(S50..S56).

그러나, 단계 30에서 초기 기동신호 펄스 인가 후, 모터(1)의 회전이 반대방향(역방향)이면, 전원부(30)는 전원을 임의의 시간동안 차단하여 모터 회전자가 정지하기를 기다린다(S32..S36). 그 다음, 기동신호 펄스를 단계 S10에서와 같이 임의의 한상에 재인가하여 전술한 동작을 반복하게 한다.

그런데, 상기한 바와 같은 종래기술에 의한 무센서 브러시리스 모터의 기동방법은 기동시간이 일정하지 않은 문제점을 가지고 있다. 즉, 초기에 모터가 정방향으로 회전할 확률은 50% 정도이므로, 극단적일 경우 무센서 브러시리스 모터는 기동을 하지 않을 수 있는 문제점이 있다.

또한, 무센서 브러시리스 모터의 기동시, 초기 기동신호 펄스를 강하게 인가하면, 역방향 회전시 정지시간이 길어지므로 초기 기동신호 펄스를 회전자가 움직일 정도의 힘으로 약하게 인가하여야 하는데, 이것은 초기 기동력을 크게 할 수 없는 문제점을 내포한다. 따라서, 초기 기동력을 크게 하면, 기동시간의 산포가 증가하게 되고, 기동시간을 단축하기 위해서는 초기 기동력을 작게 해야 하는 난점이 있다.

즉, 종래기술에 의한 무센서 브러시리스 모터의 기동방법은 기동시간이 불규칙하며, 기동이 불가능할 가능성을 가지고 있으며, 초기부하가 존재하는 경우 그사용이 불가능한 문제점을 가지고 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 무센서 브러시리스 모터의 임의의 한상을 전자기력으로 강제로 구속하여 초기 기동위치를 찾은 후에 다음상에 펄스를 가하여 모터를 기동시킴으로써 브러시리스 모터의 기동시간을 단축시키고 역회전의 가능성을 감소시킴과 동시에 임의의 부하에서도 기동이 가능하도록 하는 무센서 브러시리스 모터의 기동방법을 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 브러시리스 모터의 기동시 임의의 한상이 구속될 때까지 그 폭이 점진적으로 증가하여 그 최대 펄스폭이 정해진 다수개의 펄스들을 인가하여 모터를 구속시킨 다음에 기동할 수 있도록 함으로써 상기 브러시리스 모터의 기동장치의 신뢰성 및 내구성이 향상되도록 한 무센서 브러시리스 모터의 기동방법을 제공하는데 있다.

도 1은 종래기술에 의한 무센서 브러시리스 모터의 기동방법의 흐름도.

도 2는 일반적인 무센서 브러시리스 모터의 개략적인 제어 블록 구성도.

도 3은 본 발명에 따른 무센서 브러시리스 모터의 기동방법의 흐름도.

도 4a 내지 도 4c는 본 발명 방법에 따른 회전자와 고정자의 관계를 도시한 개념도.

도 5는 본 발명 방법에 따른 무센서 브러시리스 모터 기동시의 펄스 타이밍도.

도 6은 본 발명 방법에 따른 무센서 브러시리스 모터의 임의의 첫상에 인가되는 구속용 펄스의 타이밍도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 무센서 브러시리스 모터 10 : 제어신호부

15 : 논리 회로부 20 : 구동부

25 : 역기전력 감지부 30 : 전원부

35 : 보호 회로부

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 무센서 브러시리스 모터의 기동방법은, 모터 구동시 발생되는 역기전력을 감지하여 이를 통해 회전자의 위치를 검출하도록 된 적어도 3상 이상의 다상을 갖는 무센서 브러시리스 모터의 기동방법에 있어서, 상기 모터의 초기 기동에 앞서 상기 모터의 임의의 한상에 그 폭이 단계적으로 증가하는 구속전력 펄스를 인가하여 상기 임의의 한상을 구속시키는 구속단계와; 상기 임의의 한상이 구속된 상태를 모터 기동의 초기 위치로 설정하는 초기위치 설정단계; 및 상기 구속된 임의의 한상에 이어지는 회전방향에 있는 다음상에소정의 기동신호 펄스를 인가하여 모터를 기동시키는 기동단계;를 포함하여 된 점에 그 특징이 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 구속단계에서 그 폭이 단계적으로 증가하는 구속전력 펄스는 다수개의 펄스로 이루어지고, 상기 다수개의 구속전력 펄스중에서 최대 허용전류를 제한하기 위해 그 최대 펄스폭이 미리 설정된다.

본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 구속전력 펄스에 의한 과전류 발생시 과전류를 소정의 과전류 보호 수단을 통해 방지할 수 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 무센서 브러시리스 모터의 기동방법의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명 방법을 위한 무센서 브러시리스 모터의 일반적인 제어 블록 구성도이고, 도 3은 본 발명에 따른 무센서 브러시리스 모터의 기동방법의 흐름도, 도 4a 내지 도 4c는 본 발명 방법에 따른 회전자와 고정자의 관계를 도시한 개념도이다. 도 5는 본 발명에 따른 무센서 브러시리스 모터의 기동시의 펄스 타이밍도이고, 도 6은 본 발명에 따른 임의의 첫상에 인가되는 구속용 펄스의 타이밍도이다.

먼저, 본 발명 방법은 모터의 초기 기동에 앞서 그 펄스폭이 상이한, 즉 도 6에 도시한 바와 같이 시간이 경과함에 따라 단계적으로 그 펄스폭이 증가하는 다수개의 구속전력 펄스들(200)이 모터(1; 도 2)의 임의의 상, 예를 들면 A상(도 4a)이 구속될 때까지 인가된다(S110..S120). 구속전력 펄스들(200)은 도 2의 제어신호부(10)의 제어신호에 따라 논리회로부(15)에서 발생되어 구동부(20)를 거쳐 무센서 브러시리스 모터(1)에 인가될 것이라는 것은 당업자에게 자명할 것이다.

단계 S110 내지 S120에서의 구속전력 펄스들(200)에 의해 구동부(20)에 포함되는 트랜지스터들이 파손될 가능성이 있을 수 있는데, 이는 보호 회로부(35)를 통해 통상적으로 방지된다. 즉, 구속전력 펄스들(200)에 의한 과전류 발생시 보호 회로부(35)의 과전류 보호 수단을 통해 구동부(20)의 손상을 방지할 수 있다. 더욱이, 상기 구속전력 펄스들(200)에 있어서 그 최대 펄스폭(d; 도 6)을 사전에 설정함으로써 최대 허용전류를 제한함으로써 바람직하게 방지할 수 있다.

구속전력 펄스들(200)에 의해 A상이 구속되는 위치는 도 4a에 도시한 바와 같이 항상 일정한 위치가 된다. 회전 목표방향, 즉 회전자의 정회전 방향은 구속전력 펄스들(200)의 인가에 따른 모터(1)의 역기전력 혹은 전류의 변화를 확인함으로써 달성되는데, 이는 종래기술에서 정회전 방향을 검출하는 방법과 바람직하게 동일하다(S125)(S130). 상기 역기전력을 이용하여 정회전 방향을 검출할 때, 그 검출은 역기전력 감지부(25)와 논리회로부(15)에 의해 달성될 것이라는 것은 당업자에게 자명할 것이다.

S130 단계에서 정회전 방향 구속이 인식되면, A상에 인가되는 구속전력 펄스들(200)을 중지하고, 정회전 방향으로 A상 뒤에 위치하는 다음상, 예를 들면 도 4b의 B상에 임의의 세기로 도 5에 도시한 바와 같은 실질적인 기동 펄스(250)를 인가하여 모터(1)의 회전자를 도 4a에서 도 4b에 도시한 바와 같이 목표하는 방향으로 이동(회전)시킨다(S135). B상의 회전은 종래와 마찬가지로 역기전력을 발생시키는데, 이 역기전력이 역기전력 감지부(25)를 경유하여 논리회로부(15)에 피드백되면, 논리회로부(15)는 피드백되는 역기전력을 논리연산하여 다음상(C상; 도 4c)의 펄스인가 타이밍, 즉 동기펄스(300; 도 5)를 생성하여 모터 회전자가 도 4c와 같이 회전되도록 상기 동기펄스(300)를 C상에 인가한다(S145..S160). 단계 S145 전에 기동펄스(250)가 오프되는 단계(S140)가 존재한다는 것은 종래기술에서 언급한 바와 동일하다.

상기와 같은 동작이 연속됨으로써, 즉 도 5에 도시한 바와 같이 C상에 동기펄스가 인가되고 난 후, A상에 동기펄스가 인가되고, 다시 B상에 동기펄스가 해당하는 상에 순차적으로 인가됨으로써 다상 무센서 브러시리스 모터는 모터전원이 오프될 때까지 회전을 계속하게 된다(S165..S175).

이로써, 본 발명에 따르면 다상 무센서 브러시리스 모터의 기동시 존재하는 초기 기동방향의 불확실성으로 기동시간이 불확실하고 길며, 또한 초기부하 존재시 기동이 불가능하였으나 본 발명을 이용할 경우 기동시간 단축 및 확실한 기동을 보장할 수 있으며 초기부하 존재시에도 기동이 가능하다.

상술한 바와 같이 본 발명 무센서 브러시리스 모터의 기동방법은, 무센서 브러시리스 모터의 임의의 한상을 전자기력으로 강제로 구속하여 초기 기동위치를 찾은 후에 다음상에 펄스를 가하여 모터를 기동시킴으로써 브러시리스 모터의 기동시간을 단축시키고 역회전의 가능성을 감소시킴과 동시에 임의의 부하에서도 기동이 가능하도록 하는 이점을 제공한다.

또한, 본 발명은 브러시리스 모터의 기동시 임의의 한상이 구속될 때까지 그 폭이 점진적으로 증가하여 그 최대 펄스폭이 정해진 다수개의 펄스들을 인가하여모터를 구속시킨 다음 기동할 수 있도록 함으로써 상기 브러시리스 모터의 기동장치의 신뢰성 및 내구성이 향상되도록 하는 이점을 제공한다.

이상 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 기술하었지만, 본 발명이 속하는 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진 사람이라면, 첨부된 청구 범위에 정의된 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 본 발명을 여러 가지로 변형 또는 변경하여 실시할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 앞으로의 실시예들의 변경은 본 발명의 기술을 벗어날 수 없을 것이다.

Claims (4)

1. 모터 구동시 발생되는 역기전력을 감지하여 이를 통해 회전자의 위치를 검출하도록 된 적어도 3상 이상의 다상을 갖는 무센서 브러시리스 모터의 기동방법에 있어서,

   상기 모터의 초기 기동에 앞서 상기 모터의 임의의 한상에 그 폭이 단계적으로 증가하는 구속전력 펄스를 인가하여 상기 임의의 한상을 구속시키는 구속단계;

   상기 임의의 한상이 구속된 상태를 모터 기동의 초기 위치로 설정하는 초기위치 설정단계; 및

   상기 구속된 임의의 한상에 뒤따르는 회전방향에 있는 다음상에 소정의 기동신호 펄스를 인가하여 모터를 기동시키는 기동단계;를 포함하고,

   상기 구속단계에서 그 폭이 단계적으로 증가하는 구속전력 펄스는 다수개의 펄스로 이루어지고,

   상기 다수개의 구속전력 펄스중에서 최대 허용전류를 제한하기 위해 그 최대 펄스폭이 미리 설정되도록 된 것을 특징으로 하는 무센서 브러시리스 모터의 기동방법.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서, 상기 구속전력에 의한 과전류 발생시 과전류를 소정의 과전류 보호 수단을 통해 방지할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 무센서 브러시리스 모터의 기동방법.