KR100432389B1

KR100432389B1 - 인버터 장치

Info

Publication number: KR100432389B1
Application number: KR10-2001-0086702A
Authority: KR
Inventors: 히가시미츠히데
Original assignee: 마츠시타 덴끼 산교 가부시키가이샤
Priority date: 2001-01-09
Filing date: 2001-12-28
Publication date: 2004-05-22
Also published as: CN1241319C; JP4163388B2; JP2002204592A; CN1365183A; KR20020060057A

Abstract

본 발명의 인버터 장치는 직류전압을 의사교류전압으로 변환해서 모터(1)에 출력하는 직류교류 변환부(2)와, 모터 권선의 유기전압을 검출하는 전압검출부(3)와, PWM 듀티를 제어하는 PWM 듀티 제어부(6)와, 전압검출부(3)의 출력을 소정의 영역마다 샘플링하여 디지털 값으로 변환하는 A/D 변환부(4)와, 샘플링 전압에 따라서 유기전압을 확정하고 모터(1)의 유기전압의 제로크로스 위치를 연산함과 동시에 샘플링 지령을 출력하는 제어연산부(5)와, A/D 변환부(4)의 샘플링 시간 ΔTs와 샘플링 회수 n을 제어하는 샘플링 시간제어부(7)로 구성된다.

Description

인버터 장치{INVERTER}

본 발명은 브러시없는 DC 모터를 주파수 제어하는 인버터 장치에 관한 것이다.

종래부터 3상(相) 4극(極)의 브러시없는 DC 모터를 회전수 제어하는 구동장치로서, 120°통전제어(구형파(矩形波) 통전제어)방식으로 구동하는 것과, 180°통전제어(정현파(正弦波) 통전제어)방식으로 구동하는 것이 있다. 120°통전제어방식에 대해서는 예로서, 일본국 특허 제2642357호 공보에 개시되어 있고, 180°통전제어방식에 대해서는 예로서, 특개평7-245982호 공보 및 특개평7-337079호 공보에 개시되어 있다.

상기의 120°통전방식은 모터 권선의 유기전압의 제로크로스(zero cross) 신호를 직접 검출하는 방식으로서, 이 제로크로스 신호에 의거하여 전류(轉流) 신호를 변화시키고 있다. 제로크로스 신호의 검출은 모터 권선의 각각의 상(相)의 유기전압과 기준전압을 비교함으로써 실행된다. 3상 4극의 브러시없는 DC 모터에서는 제로크로스 신호는 모터 회전자 1회전중에 3상에서 12회 발생한다. 즉, 기계각(機械角) 30°(전기각(電氣角) 60°)마다 발생한다. 통전각이 120°일 때, 제로크로스 신호는 모터 권선의 각각의 상의 비도통기간, 즉, 전기각으로 60°(=180°-120°)의 범위에서 연속해서 검출할 수 있다.

도 16에, 종래의 120°통전제어를 이용하여, 모터(1)를 구동했을 때의 1개의 상에 흐르는 전류(상전류)의 파형을 나타낸다. 이 도면에서는 전기각에 대한 상전류를 나타내고 있고, 이 경우, 전류가 전혀 흐르지 않는 구간(예로서, 150°부터 210°의 구간)이 전기각 1주기에 있어서 1상 당 2회 존재한다. 모터(1)가 반회전하는 동안, 3상 전체에서는 전류가 흐르지 않는 구간은 6회 존재한다. 따라서, 모터(1)의 회전중에는 3상 합계로서 12회 존재한다. 이러한 전류가 흐르지 않는 구간에 있어서, 전류가 흐르지 않는 상(U, V, W의 각각의 상중 어느 1개)에 대해서 모터(1)의 유기전압을 확인할 수 있고, 유기전압의 제로크로스 위치를 찾아 낼 수 있다.

한편, 상기의 180°통전방식에서는 모터 권선의 중성점 전위와, 3상 인버터 출력전압에 대해서 3상 Y결선한 저항의 중성점 전위와의 차분 전압을 증폭하여, 그 것을 적분회로에 입력하고, 그 적분회로의 출력신호와, 그 출력신호를 필터 회로로써 처리하여, 직류를 차단한 신호를 비교함으로써, 120°통전방식의 유기전압에 대응하는 위치검지신호를 취득한다. 이 위치검지신호는 모터 1회전중에 12회 발생한다. 즉, 기계각 30°(전기각 60°)마다 발생한다. 이 방식에서는 적분회로를 사용하므로, 유기전압이 제로크로스하는 절대적인 위치는 파악할 수 없고, 위상보정 등의 복잡한 위상제어가 필요하게 된다.

그런데, 120°통전방식에서는 상기와 같이 모터 권선의 유기전압과 기준치를 비교하여 제로크로스를 검출하므로, 모터 부하의 급변이나 전원전압의 급변이 발생하면, 유기전압의 제로크로스 신호가, 모터 구동전압의 영역내에 은폐되어서, 검출할 수 없게 되는 수가 있다. 이러한 상태가 되면, 우선 탈조(脫調)현상이 발생하여, 모터 구동 시스템이 정지한다.

또한, 120°통전방식에 있어서, 모터 운전시의 음ㆍ진동을 경감하기 위해서는 도통기간을 확대하면 좋으므로, 예로서, 통전각을 150°정도로 확대하여 운전시키려고 하면, 모터 권선의 각각의 상의 유기전압을 검출할 수 있는 범위가 전기각으로 30°(=180°-150°)로 좁아지고, 이 범위내에서는 제로크로스의 검출을 할 수 없는 경우가 있다. 이 때문에, 운전시에도 탈조할 위험성이 증가하고, 또한 난조(亂調) 등의 불안정 현상이 발생하기 쉬운 경향이 있다. 이것은 통전각을 더욱 크게 하는 만큼, 즉, 통전각을 180°에 가깝게 하는 만큼 안정된 모터 운전이 더욱 곤란하게 되는 것을 의미한다.

한편, 180°통전방식에서는 상기와 같이 적분회로를 사용하므로, 유기전압의 제로크로스의 절대적인 위치의 파악은 할 수 없고, 또한, 운전상태에 따라서는 제로크로스 위치와 위치검지신호의 위상차가 크게 변화하므로, 위상보정 등의 복잡한 제어가 필요하며, 그 위상보정 조정이 곤란하거나, 또는, 제어연산이 복잡해지거나 한다. 또, 모터에 중성점 출력단자가 필요하고, 유기전압 파형의 3차 고조파 성분을 이용하고 있기 때문에 정현파 착자(着磁) 자석을 사용한 모터에서는 사용 불가능한 문제가 있다.

본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 그 목적으로 하는 바는 간단한 시스템 구성으로써, 기계적 전자(電磁) 픽업 센서를 필요로 하지 않는 통전각 180°근방의 운전을 가능하게 함으로써, 기계 시스템의 음ㆍ진동을 작게 하고, 기계 시스템의 방음, 진동 대책을 간략화할 수 있고, 또한, 염가이고 신뢰성이 높은 인버터 장치를 제공하는 것에 있다.

도 1은 본 발명에 관한 인버터 장치의 제어 블록도이다.

도 2는 인버터 장치의 전압검출부의 구성도이다.

도 3은 브러시없는 DC 모터의 하나의 상(相)의 전기각에 대한 상전류(相電流) 파형을 나타낸 도면이다.

도 4는 제어연산부에서 샘플링 전압 V1으로부터 위상차 Δθ1을 산출하기 위한 동작을 설명하기 위한 도면이다.

도 5는 브러시없는 DC 모터의 등가회로도이다.

도 6은 브러시없는 DC 모터에 있어서, U상 인덕턴스 Lu 및 계자(界磁) 유기전압 Eu의 전기각에 대한 특성을 나타내는 도면이다.

도 7은 상전류 OFF 구간의 유기전압 파형을 설명하기 위한 도면이다.

도 8은 제어연산부가 유기전압의 확정을 위해서 사용하는 샘플링점을 설명하기 위한 도면이다(검출방법 1).

도 9는 제어연산부가 유기전압의 확정을 위해서 사용하는 샘플링점을 설명하기 위한 도면이다(검출방법 2).

도 10은 제어연산부가 유기전압의 확정을 위해서 사용하는 샘플링점을 설명하기 위한 도면이다(검출방법 3).

도 11은 제어연산부가 유기전압의 확정을 위해서 사용하는 샘플링점을 설명하기 위한 도면이다(검출방법 4).

도 12는 제어연산부가 유기전압의 확정을 위해서 사용하는 샘플링점을 설명하기 위한 도면이다(검출방법 5).

도 13은 제어연산부가 유기전압의 확정을 위해서 사용하는 샘플링점을 설명하기 위한 도면이다(검출방법 6).

도 14는 제어연산부가 유기전압의 확정을 위해서 사용하는 샘플링점을 설명하기 위한 도면이다(검출방법 7).

도 15는 제어연산부가 유기전압의 확정을 위해서 사용하는 샘플링점을 설명하기 위한 도면이다(검출방법 8).

도 16은 종래의 120°통전제어에 있어서의 상전류 파형을 나타낸 도면이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 모터 2 : 직류교류 변환부

3 : 전압검출부 4 : A/D 변환부

5 : 제어연산부 6 : PWM 듀티 제어부

7 : 샘플링 시간제어부

본 발명에 관한 인버터 장치는, 스위칭 소자를 포함하고 그 스위칭 소자의 개폐에 따라서 직류전압을 의사(擬似)교류전압으로 변환하고 그 의사교류전압을 모터에 대해서 출력하는 직류교류 변환수단과, 모터의 권선 전압을 검출하는 전압검출수단과, 직류교류 변환수단이 출력하는 의사교류전압의 PWM 제어에 있어서의 듀티(duty) 비를 제어하는 PWM 듀티 제어수단과, PWM 제어에 있어서의 ON 구간일 때에, 전압검출수단의 출력전압을 입력하고, 소정의 시간 간격마다 샘플링(sampling)해서 디지털 값으로 변환하여, 샘플링 전압으로서 출력하는 A/D 변환수단과, A/D 변환수단으로부터의 샘플링 전압에 의해 소정의 방법을 이용하여 모터 권선의 유기전압을 확정하고, 확정된 유기전압에 의해 모터의 유기전압의 제로크로스 위치를 연산함과 동시에 샘플링 지령을 출력하는 제어연산수단과, 제어연산수단으로부터의 샘플링 지령에 따라서 상기 A/D 변환수단의 샘플링 시간 ΔTs와 샘플링 회수 n을 제어하는 샘플링 시간제어수단을 구비한다.

샘플링 시간제어수단은 샘플링 시간 ΔTs를 PWM 제어에서의 ON 구간의 시간 길이와 동등한 값으로 설정해도 좋다.

또한, 샘플링 시간제어수단은 PWM 제어에서의 ON 구간의 직후의 유기전압에 발생하는 링잉(ringing) 주파수를 fL이라고 했을 때에, 샘플링 시간 ΔTs를 ΔTs1/fL을 만족하도록 설정해도 좋다.

또한, 샘플링 시간제어수단은 샘플링 시간 ΔTs를 ΔTs=1/(36fL)을 만족하도록 설정해도 좋다.

또한, 샘플링 시간제어수단은 PWM 제어에서의 ON 구간의 유기전압을 샘플링하도록, 샘플링 회수 n을 설정해도 좋다.

제어연산수단은 PWM 제어에서의 ON 구간에서 샘플링된 전압중 최후에 샘플링된 전압치를 가지고 상기 유기전압을 확정해도 좋다.

또한, 제어연산수단은 PWM 제어에서의 ON 구간에서 샘플링된 어느 1점의 전압을 소정의 연산식으로써 처리함으로써 유기전압을 확정해도 좋다. 소정의 연산식은 샘플링 시간 ΔTs, 또는 링잉 주파수 fL을 포함하는 지수함수 및 삼각함수의 적(積)으로 구성되어도 좋다.

또한, 제어연산수단은 PWM 제어에서의 ON 구간에서 샘플링된 1점 또는 2점 이상의 전압을 소정의 연산 처리함으로써 유기전압을 확정해도 좋다.

상기 소정의 연산 처리는 샘플링된 전압을 산술평균 처리해도 좋다. 또한, 소정의 연산 처리는 샘플링 전압의 극대점 또는 극소점을 이용하여 실행해도 좋다. 또한, 소정의 연산 처리는 샘플링 전압의 2 이상의 극대점 또는 2 이상의 극소점을 이용하여 실행해도 좋다. 또한, 소정의 연산 처리는 샘플링 시간 ΔTs를 포함하는 지수함수를 이용하여 실행해도 좋다.

이하, 첨부 도면을 이용하여 본 발명에 관한 인버터 장치의 실시형태를 상세하게 설명한다.

＜인버터 장치의 구성＞

도 1에 본 발명에 관한 인버터 장치의 제어 블록도를 나타낸다. 인버터 장치는 3상 4극의 브러시없는 DC 모터(이하 "모터"라고 한다)(1)를 회전수 제어하는 모터 구동장치이다. 이 도면에서, 인버터 장치는 직류전압을 의사교류전압으로 변환해서 모터(1)에 출력하는 직류교류 변환부(2)와, 모터(1)의 유기전압을 검출하는 전압검출부(3)와, 전압검출부(3)로부터의 아날로그 검출신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환부(4)와, A/D 변환부(4)로부터의 디지털 신호로부터 모터(1)의 유기전압의 제로크로스 위치를 검출하는 제어연산부(5)와, 모터(1)를 회전수 제어하기 위한 인가전압ㆍ주파수ㆍ위상을 제어하는 PWM 듀티 신호를 출력하는 PWM 듀티 제어부(6)와, 제어연산부(5)의 지령에 따라서 A/D 변환부(4)의 샘플링점(샘플링 시간 ΔTs, 샘플링 회수 n)을 제어하는 샘플링 시간제어부(7)를 구비한다. 직류교류 변환부(2)는 고속으로 개폐하는 6개의 스위칭 소자를 포함한다.

＜인버터 장치의 동작＞

이상과 같이 구성된 인버터 장치에서는 직류전압이 직류교류 변환부(2)에 입력되어서, 주파수ㆍ위상 가변인 의사교류전압으로 변환되어서 모터(1)에 출력된다. 모터(1)의 회전수는 직류교류 변환부(2)로부터 출력되는 의사교류전압의 주파수(이하 "인버터 주파수"라고 한다), 위상을 변화시킴으로써 제어된다. 이 인버터 주파수는 PWM 듀티 제어부(6)에 의해서 제어된다.

이어서, 인버터 장치의 각부의 동작을 구체적으로 설명한다.

전압검출부(3)는 모터(1)의 각각의 상의 유기전압을 강하시켜서, A/D 변환부 (4)에 아날로그 출력한다. 도 2에 전압검출부(3)의 구성을 나타낸다. 전압검출부 (3)는 저항(10a, 10b)과 컨덴서(11)로써 구성된다. 통상, 컨덴서(11)는 없어도 좋지만, 잡음 제거용으로서, 유기전압의 파형이 무디어지지 않는 작은 시정수이면 컨덴서(11)를 삽입하는 것이 바람직하다. 직류교류 변환부(2)에 입력되는 직류전압의 값을 VDC로 하면, 2개의 저항(10a, 10b)의 저항치로써 결정되는 분압비(分壓比) k에 따라서, 검출되는 유기전압인 아날로그 전압의 진폭치는 k ×VDC가 된다. 그리고, 여기서는 설명의 간단화를 위해서, k=1로 한다.

직류교류 변환부(2)는 고속으로 개폐하는 6개의 스위칭 소자를 포함하고, PWM 듀티 제어부(6)로부터의 제어신호를 받아서, 그 제어신호에 따라서 스위칭 소자의 개폐 동작을 제어함으로써, 모터(1)의 구동전압을 생성한다. 구동전압의 크기는 PWM(펄스 폭 변조) 제어되어서, 듀티 비에 따라서 변화한다. 이를 위해서, PWM 듀티 제어부(6)는 PWM 제어된 제어신호(이하 "PWM 듀티 신호"라고 한다)를 출력한다.

A/D 변환부(4)에서는 전압검출부(3)로부터의 아날로그 출력전압을 샘플링하여, 디지털 신호로 변환해서 제어연산부(5)에 출력한다.

제어연산부(5)는 샘플링을 실행시키기 위한 지령인, 샘플링 지령을 샘플링 시간제어부(7)에 출력한다. 샘플링 시간제어부(7)는 샘플링 지령을 수신하면, 샘플링 시간 ΔTs와 샘플링 회수 n에 관한 제어 지령을 A/D 변환부(4)에 출력한다. A/D 변환부(4)는 그 제어지령 정보에 따라서, 전압검출부(3)로부터의 출력전압을 샘플링할 때의 샘플링점을 결정한다. 또한, 제어연산부(5)는 A/D 변환부(4)에 의해서 샘플링된 전압으로부터 유기전압을 구하고, 그 것에 의해서 제로크로스 위치를 연산하고, 베이스 패턴(base pattern) 신호와, PWM 제어를 위한 정보를 포함하는 회전위상정보를 PWM 듀티 제어부(6)에 출력한다.

PWM 듀티 제어부(6)는 직류교류 변환부(2)의 각각의 스위칭 소자의 개폐를 제어하는 베이스 패턴 신호를 출력하고, 구동전압의 인버터 주파수를 제어한다.

직류교류 변환부(2)의 각각의 스위칭 소자는 베이스 패턴 신호에 따라서 예로서 이하와 같이 제어된다. 즉, 제1의 베이스 패턴에서는 U상의 상 암(arm) 스위칭 소자와, V상의 하 암 스위칭 소자가 도통된다. 제2의 베이스 패턴에서는 U상의 상 암 스위칭 소자와, W상의 하 암 스위칭 소자가 도통된다. 제3의 베이스 패턴에서는 V상의 상 암 스위칭 소자와, W상의 하 암 스위칭 소자가 도통된다. 제4의 베이스 패턴에서는 V상의 상 암 스위칭 소자와, U상의 하 암 스위칭 소자가 도통된다. 제5의 베이스 패턴에서는 W상의 상 암 스위칭 소자와, U상의 하 암 스위칭 소자가 도통된다. 제6의 베이스 패턴에서는 W상의 상 암 스위칭 소자와, V상의 하 암 스위칭 소자가 도통된다. 이와 같이, 베이스 패턴이 절환됨으로써, 구동전압이 인가되는 모터의 전기자 권선의 상(相)도 절환된다.

제어연산부(5)는 이러한 베이스 패턴의 전류(轉流) 절환을 위한 회전위상정보를 출력한다. 즉, 제어연산부(5)는 모터(1)의 3상 유기전압의 제로크로스 위치를 연산하여, 제로크로스 신호를 출력한다. 이 제로크로스는 모터 회전자가 기계적으로 1회전하는 동안에 12회 발생한다. 모터(1)가 등속(等速) 회전을 하고 있으면, 제로크로스 신호는 대략 기계각 30°마다 발생한다. 제어연산부(5)는 A/D 변환부(4)의 샘플링 전압으로부터 제로크로스 위치를 연산하고, PWM 듀티 제어부(6)는 그 제로크로스 위치에 의거해서 순차적으로 절환하면서, PWM 듀티 신호를 출력한다. PWM 듀티 신호는 베이스 패턴 신호에 PWM 정보(듀티 비)가 중첩된 신호이다.

이상과 같이, 인버터 장치에서는 PWM 듀티 제어부(6)가 제어연산부(5)로부터의 회전위상정보에 따라서 직류교류 변환부(2)의 인버터 주파수를 변화시키면서, 모터(1)를 회전수 제어한다. 이 때, 모터(1)의 회전자의 자극(磁極) 위치는 유기전압의 제로크로스 위치로부터는 전기자 반작용의 영향에 의해서 직접 확정할 수는 없고, 그 것들 사이에는 위상차가 발생한다. 이 위상차는 운전 부하에 의존하므로, 진정한 자극 위치를 유기전압의 제로크로스 위치로부터 마이크로컴퓨터의 연산으로써 특정하는 것은 곤란하다. 그러나, 진정한 자극 위치는 특정할 수 없어도, 유기전압의 제로크로스 위치만으로 모터(1)를 회전수 제어하는 것은 충분히 가능하다.

＜인버터 장치의 통전 제어＞

도 3은 본 실시형태의 인버터 장치에 의한 120°통전 제어에 있어서의 전기자 권선의 1개의 상(相)에 있어서의 전류(상전류) 파형을 나타내는 도면이다. 도 3에서는 통전각을 Wx로 하고, 전기각 X로부터 전기각 (X+Wx)까지의 사이에 통전을 실행하고, 그 후, 전기각 Y로부터 통전각 Wx의 사이에 통전을 실행한다. 즉, 본 실시형태의 인버터 장치에서는 전기각 (X+Wx)로부터 전기각 Y의 사이는 통전을 실행하지 않고, 이 사이에 제로크로스 검출을 위한 유기전압의 검출을 실행하도록 하고 있다. 도 3에서 Wx=120°로 하면, 도 16에 나타내는 종래기술의 경우와 마찬가지가 된다. 여기서, 통전각 Wx는 다음 식을 만족하도록 설정한다.

Wx＜180° (1)

즉, 상기 식을 만족하면, 전기각 (180°- Wx)의 범위에서 모터(1)의 유기전압을 확인할 수 있다. 이 때문에, 모터(1)의 운전에 있어서 회전자 위치를 검출하기 위한 위치 센서가 불필요하게 된다.

또한, 통전각 Wx가 다음 식을 만족할 때는 120°통전 제어에서 설명한 6종류의 베이스 패턴 신호에 추가하여, 3상 정현파 구동용의 베이스 패턴 신호를 추가할필요가 있다.

150°＜Wx＜180° (2)

요컨대, 기본적으로는 3상중 어느 하나에 있어서 전류가 OFF로 되는 전기각 구간에서, 상기의 120°통전 제어용의 6개의 베이스 패턴을 사용한다. 그 이외의 구간에서는 3상 정현파 구동용의 베이스 패턴을 사용한다. 3상 정현파 구동용의 베이스 패턴에 대해서는 통상의 3상 정현파 PWM 제어로서 주지하고 있으므로, 상세한 설명은 생략한다.

＜제로크로스 위치의 검출＞

이어서, 인버터 장치에 있어서의 회전자 위치의 검출을 위한 제로크로스 위치의 특정방법에 대해서 설명한다. 상기와 같이, 제로크로스 위치 검출을 위한 모터(1)의 유기전압의 검출은 상전류가 흐르고 있지 않는 구간에 실행된다. 예로서, 도 3에서, 전기각으로 -X로부터 +X까지의 구간, 또는 전기각으로 (X+Wx)로부터 Y까지의 구간에 실행된다. 이하, 이러한 상전류가 흐르고 있지 않는 구간을 "상전류 OFF 구간"이라고 한다.

제어연산부(5)는 상전류 OFF 구간의 소정의 점(전기각)에서 모터 권선의 유기전압을 검출하고, 그 검출치와, 제로크로스라고 판단하는 기준 전압치(본 예에서는 VDC/2)와의 차를 구하고, 그 차에 의거해서 제로크로스가 발생하는 점(전기각)을 예측하여 검출한다. 이와 같이, 상전류 OFF 구간의 임의의 점에서 검출된 유기전압에 따라서 제로크로스 위치를 검출하므로, 상전류 OFF 구간에서 유기전압이 검출되는 한, 상전류 OFF 구간내에 실제의 제로크로스 발생점이 존재하는가 아닌가에 관계없이 제로크로스 위치를 검출할 수 있다. 따라서, 상전류 OFF 구간이 확보되는 한, 통전각을 180°가까이까지 충분히 넓게 확보할 수 있어서, 더욱 원활한 모터 운전이 가능하게 된다.

도 4는 상전류 OFF 구간에서의 모터(1)의 1개의 상(相)의 유기전압 파형을 확대하여 나타낸 도면이다. 이 도면에서 전기각으로 -X로부터 +X까지의 구간이, 모터(1)의 유기전압(12)을 확인할 수 있는 구간이다. 이러한 유기전압을 확인할 수 있는 구간은 3상분을 고려하면 전기각 60°의 영역마다 1회 존재하고, 모터(1)의 1회전중에는 12회 존재한다. 또한, 회복(recovery)전류 회복각 Rx(0)의 구간에서는 회생(回生) 전류가 흐르고 있기 때문에, 유기전압을 샘플링할 수는 없다. 이 때문에, 샘플링이 가능하게 되는 전기각은 다음 식을 만족할 필요가 있다.

-X+Rx＜샘플링 가능한 전기각＜X (3)

X=(180°-Wx)/2 (4)

이어서, 제로크로스점 검출시의 A/D 변환부(4)와 제어연산부(5)의 동작을 설명한다. 그리고, 도 4에서, 위치(전기각) "Z"가 제로크로스점의 위치인 것으로 한다.

우선, A/D 변환부(4)는 전기각 (-X+TS0)에서 유기전압을 샘플링하여 디지털 값 V0로 변환한다. 여기서, TS0은 웨이트 각(wait angle)을 나타내고, 제어연산부 (5)로부터의 샘플링 지령에 따라서 부여되며, PWM 듀티 신호의 듀티 펄스가 ON으로 되는 구간(이하 "PWM ON 구간"이라고 한다)의 부분에서 샘플링할 수 있도록 샘플링 타이밍은 제어된다. 따라서, 도 4에 나타내는 바와 같이, PWM ON 구간 Ton내에서샘플링이 실행되고, PWM 듀티 신호의 듀티 펄스가 OFF로 되는 구간(이하 "PWM OFF 구간"이라고 한다) Toff에서는 샘플링은 실행되지 않도록 되어 있다.

또한, 웨이트각 TS0과 회복전류 회복각 Rx는 다음 식의 관계를 만족하도록 설정하고, 이에 따라서, 회복전류 회복각 Rx 구간에서의 검출을 실행하지 않도록 하고 있다.

TS0＞Rx (5)

도 4에서, 유기전압의 제로크로스 위치는 위치 Z이고, 샘플링한 전압 V0과, 제로크로스 위치 Z에서의 전압 VDC/2와의 전압차 ΔV0는

ΔV0=V0-VDC/2 (6) 으로써 구한다.

제어연산부(5)는 상기와 같이 해서 전압차 ΔV0을 계산한 후, 또한, 그 전압차 ΔV0과, 인버터 각주파수 ω1과, 모터(1)의 자석의 유기전압 정수 E0을 이용하여, 샘플링 위치와 제로크로스 위치와의 위상차 Δθ0을 구한다. ｜Δθ0｜≒0이면, 오차 Δθ0은 일반적으로 다음 식으로 표현된다.

Δθ0≒2/(3·ω1·E0)·ΔV0 (7)

식 (7)에 따라서 위상차 Δθ0이 구하여지면, 샘플링 위치와 위상차 Δθ0으로부터 제로크로스 위치를 검출할 수 있다.

상기와 같이 하여 제로크로스 위치가 검출 가능하면, 유기전압만의 관측(3상분의 관측)으로써 모터(1)의 회전위상제어가 가능하게 된다.

여기서, 전압차 ΔV0를 취득하기 위한 필요조건은 상전류 OFF 기간에서 PWMON 구간이 적어도 1개 포함되는 것이다. 이를 위해서, 직류교류 변환부(2)의 스위칭 소자의 개폐주파수(=캐리어 주파수) fc, 인버터 주파수 f1, 통전각 Wx가 다음의 관계를 만족할 필요가 있다.

fcf1 ×360°/(180°-Wx-Rx) (8)

상기 식을 만족하도록 캐리어 주파수 fc를 설정함으로써, 상전류 OFF 기간, 즉, 상전류 OFF 기간 개시각(開始角)으로부터 상전류 OFF 기간 종료각(終了角)의 사이에, PWM 제어에서의 캐리어 주기가 적어도 1개 포함된다. 이 때문에, PWM ON 구간이 최소한 1회 존재하고, 샘플링 전압 V0, 즉, 전압차 ΔV0를 취득할 수 있게 된다.

(모터의 등가회로)

도 5는 모터(1)의 등가회로도이다. R1은 권선 1차저항, Lu, Lv, Lw는 각 상(相)의 인덕턴스(합성분), Eu, Ev, Ew는 각 상의 계자 유기전압, Iu, Iv, Iw는 각 상의 상전류를 나타낸다. 여기서, 계자 유기전압이라는 것은 모터(1)가 회전했을 때에, 자석(계자)만에 의해서 발생하는 유기전압을 의미하고 있다.

이 도면에서, W-V상(相)간에 직류전압 VDC가 인가되고 있는 경우를 고려한다. 이 때, W상의 전위는 VDC, V상의 전위는 0, U상은 해방되어서 유기전압 Vu가 관측된다. 또한, 권선 중성점(22)은 각 상의 중점이다. W-V상(相)간의 전위차는 PWM 제어에 따라서 VDC와 0V를 번갈아서 반복한다. 또한, PAM 제어시에는 상시 전위차가 VDC가 된다. 이 때의 유기전압 Vu의 전압파형은 도 4의 유기전압에 대응하고 있다. 도 4의 상전류 OFF 개시각(-X)과 상전류 OFF 종료각(X)의 구간은 W-V상에 직류전압 VDC가 인가되어서 PWM 제어가 실행되고 있다.

또한, 이 상태에 있어서, 도 5에 나타내는 계자 유기전압 Eu와 U상 인덕턴스 Lu의 전기각에 대한 전기적 특성은 도 6에 나타내는 계자 유기전압 Eu와 U상 인덕턴스 Lu로 된다. 도 6에 나타내는 바와 같이, 계자 유기전압 Eu는 진폭이 ω1ㆍE0가 되는 정현파상의 교류전압이고, U상 인덕턴스 Lu는 최대치가 Lq, 최소치가 Ld(LqLd0), 그 DC 성분이 (Lq+Ld)/2가 되는 정현파상의 교류전압이다.

계자 유기전압 Eu가 최대치 또는 최소치를 취할 때, U상 인덕턴스 Lu도 최대치 Lq를 취한다. 계자 유기전압 Eu가 0이 될 때는 U상 인덕턴스 Lu는 최소치 Ld를 취한다.

계자 유기전압 Eu의 제로크로스 위치는 모터(1)의 자석의 자극 위치에 완전 대응하고 있다. 그러나, 유기전압 Vu, 즉, 유기전압(12)은 U상 인덕턴스 Lu의 전기자 반작용의 영향에 의해서, 제로크로스 위치와, 계자 유기전압 Eu의 제로크로스 위치와의 전기각은 일치하지 않고, 어느 위상각을 갖는다. 이 위상각은 모터(1)의 운전상태에 따라서 변화하므로, 그 위상각의 특정은 곤란하다.

도 5에서, W-V상에 직류전압 VDC가 인가되어서 PWM 제어 또는 PAM 제어가 실행되고 있고, 또한 W-V상의 전위차가 VDC, 또한 Iu=0이면 유기전압을 검출할 수 있기 때문에, 샘플링 전압(위치 Z에서의)을 취득할 수 있다.

＜제로크로스 검출에 이용하는 유기전압의 검출＞

인버터 장치는 일반적으로, 저항, 인덕턴스 및 자석의 자기회로로 구성되는 모터(1)와, 커패시턴스를 포함하는 스위칭 소자를 포함하고, 그 유기전압에 관한 회로방정식은 2차 선형 상미분방정식으로 표시된다. 또한, 그 방정식은 허근(虛根)을 갖는다. 따라서, PWM ON 구간(Ton 구간)에 나타나는 유기전압의 파형은 정확하게는 도 7에 나타내는 바와 같은 시간의 경과와 함께 진동하면서 일정치에 수렴하는 진동파형이 된다. 도 7에서, V0mj(j1인 정수(整數))는 유기전압(12)의 극대점, 극소점을 나타내고, tmj는 그 점들에서의 시각을 나타낸다. 전압 V00는 유기전압(12)의 수렴(收斂) 전압을 나타내고, 진정한 유기전압이다.

도 7에 나타내는 파형을 시간 t에 관해서 수식화하면 다음 식이 된다.

V0≒V00ㆍ(1-exp(-kㆍt)ㆍsin(2πㆍfLㆍt-φ)) (9)

여기서, k(0)와 φ(0)는 정수(定數)이고, fL(0)은 도 7에서 전압진동 성분의 주파수를 의미하며, 종종 링잉 주파수라고 한다. 이러한 여러가지 양(量)은 제어시스템이 결정되면 자동적으로 결정되는 수치이므로 정수(定數)로서 취급된다.

이와 같이 일반적으로 유기전압은 어느 시간 구간에서는 진동하고 있는 즉, 과도상태에 있기 때문에, 임의의 시간에 구한 샘플링 전압은 반드시, 진정한 유기전압 수치인 수렴 전압 V00을 나타내고 있다고는 한정할 수 없다. 유기전압에 의거해서 제로크로스 위치가 검출되고, 그것에 의해서 스위칭 소자의 절환 타이밍이 결정되기 때문에, 유기전압의 데이터 신뢰성ㆍ정밀도는 제어시스템 전체의 동작에 크게 영향을 준다. 그러므로, 이 유기전압은 정확하게 구하는 것이 바람직하다.

그래서, 본 인버터 장치에서는 이하에 나타내는 여러가지 방법으로 유기전압을 정확하고 또한 용이하게 검출한다. 또한, 이하의 제어에서, 샘플링 시간 ΔTs와 샘플링 회수 n의 설정은 샘플링 시간제어부(7)에 의해서, 유기전압 검출치의 확정에 대해서는 제어연산부(5)에 의해서 실행된다.

(유기전압의 검출방법 1)

본 방법에서는 도 8에 나타내는 바와 같이 소정의 샘플링 시간마다 검출전압을 샘플링하여, 그 샘플링 전압중에서 최후에 샘플링된 전압을 유기전압(12)의 수렴치로서 확정한다. 도 8에서, 샘플링 전압(30)을 V0Sy, 샘플링하는 시각을 tsy, 각각의 샘플링 시간(간격)을 ΔTsxy(x, y는 0xn-1, 1yn을 만족하는 정수(整數))라고 했을 때, 샘플링 시간 ΔTsxy(＞0)와 샘플링 회수 n은 다음의 관계를 만족하도록 설정된다.

ΔTsxyTon (10)

∑(ΔTsxy)Ton(∑: n개의 총화) (11)

이와 같이 하면, PWM ON 구간에서 유기전압을 반드시 샘플링할 수 있게 된다. 특히,

∑(ΔTsxy)=Ton (12) 을 만족하도록 각각의 샘플링 시간 ΔTsxy와 샘플링 회수 n을 설정한다. 그리고, 샘플링 전압 V0Sy의 최종치인 V0Sn을 유기전압 V0로서 확정한다. 이에 의해서 취득되는 전압치 V0는 수렴 전압 V00과 거의 동등한 값인 것으로 간주된다. 이와 같이 하면, 용이하게 수렴 전압 V00을 구할 수 있다.

이를 위해서, 샘플링 시간제어부(7)는 제어연산부(5)의 샘플링 지령에 따라서 샘플링 시간 ΔTs와 샘플링 회수 n을 A/D 변환부(4)에 출력한다. A/D 변환부(4)는 그 샘플링 지령 정보에 따라서, 유기전압(12)을 n회(n1) 샘플링하여 샘플링전압을 취득한다. 제어연산부(5)는 상기의 방법으로써 최종 샘플링 전압치로부터 유기전압(12)을 확정한다.

(유기전압의 검출방법 2)

본 방법에서는 도 9에 나타내는 바와 같이, 검출방법 1에서 n=1로 하고, 즉, 1회만 샘플링하도록 하고, 또한, 그 샘플링을 소정 시간(ΔTMIN) 경과후에 실행하도록 한다. 샘플링 시간 ΔTs01은 다음 식을 만족하도록 설정한다.

ΔTs01=ts1=TonΔTMIN (13)

여기서, ΔTMIN은 유기전압의 전압진동 성분의 극대치와 극소치의 차가, 거의 수렴되었다고 간주되는 소정 범위내에 들어가게 되기까지의 시간으로 설정한다. 또한, 소정 범위라고 하는 것은 유기전압의 전압진동의 과도상태가 거의 종료하고, 정상상태로 이행했다고 간주할 수 있는 범위이다. 이와 같이 해서 구한 샘플링 전압 (31)(V0S1)은 유기전압(12)(V0)의 진정한 값과 거의 동등한 것으로 간주된다.

(유기전압의 검출방법 3)

본 방법에서는 도 10에 나타내는 바와 같이, 검출방법 1에서 n=1로 하고, 즉, 1회만 샘플링하도록 하고, 또한, 그 샘플링을 진동이 수렴되었다고 간주되는 소정 시간(ΔTMAX) 경과후에 실행한다. 샘플링 시간 ΔTs01은 다음 식을 만족하도록 설정한다.

ΔTMAXΔTs01Ton (14)

이렇게 구한 샘플링 전압(32)의 값 V0S1은

V0S1=V00=V0 (15) 을 만족하는 것으로 간주된다. 따라서, ΔTMAX는 유기전압의 전압진동이 정상상태로 되었다고 간주되는 시간에, 구체적으로는 V00=V0S1을 만족하는 샘플링 시간 ΔTs의 최소치로 설정한다.

또한 검출방법 1에서, n개의 샘플링 전압 V0Sy를 구하여, 이 것을 산술평균해서 유기전압 V0을 다음과 같이 구하여 확정할 수도 있다.

V0=∑(V0Sy)/n (16)

이 경우, 외란(外亂) 잡음에 대해서 영향을 받기 어려운 유기전압 V0을 확정할 수 있다.

(유기전압의 검출방법 4)

본 방법에서는 도 11에 나타내는 바와 같이, 검출방법 1에서 n=1로 하고, 즉, 1회만 샘플링하도록 하고, 이 샘플링 값과 식 (9)를 이용하여 유기전압(수렴 전압 V0)을 구한다. 이 경우, k, fL, φ를 사전에 구해 두고, 이 값들과 샘플링 전압 (33)(V0S1)과, 다음 식으로부터 수렴 전압 V0을 구한다.

V0=V0S1/(1-exp(-kㆍts1)ㆍsin(2πㆍfLㆍts1-φ)) (17)

또, 검출방법 1에서 n=4로 하고, 4회 샘플링해서 전압 V0S1, V0S2, V0S3, V0S4를 취득하도록 해도 좋다. 이 경우에는 식 (9)를 이용하여 이하의 연립방정식을 세워서, 이것의 해를 구함으로써, k, fL, φ가 미지의 경우에도 V0을 확정할 수 있다.

V0=V0S1/(1-exp(-kㆍts1)ㆍsin(2πㆍfLㆍts1-φ)) (18a)

V0=V0S2/(1-exp(-kㆍts2)ㆍsin(2πㆍfLㆍts2-φ)) (18b)

V0=V0S3/(1-exp(-kㆍts3)ㆍsin(2πㆍfLㆍts3-φ)) (18c)

V0=V0S4/(1-exp(-kㆍts4)ㆍsin(2πㆍfLㆍts4-φ)) (18d)

(유기전압의 검출방법 5)

본 방법에서는 검출방법 1에서 다음 식을 만족하도록 샘플링 시간 ΔTs를 설정한 것이다.

ΔTs1/fL (19)

이와 같이 하면, 도 12에 나타내는 바와 같이 링잉 성분을 갖는 유기전압 기간을 시간축상에서 고분해능으로 샘플링할 수 있으므로, 상기한 어떠한 V0을 확정하는 방법도 적용할 수 있다.

특히, 다음과 같이 샘플링 시간 ΔTs를 설정함으로써, 링잉 성분의 유기전압 부분을 링잉 주기에 대해서 10°씩의 각도마다 샘플링 전압(34)을 취득할 수 있다.

ΔTs=1/(36ㆍfL) (20)

이렇게 하면, 링잉을 갖는 유기전압의 극대점 및 극소점을 ±5°의 각도 오차로서 고정밀도로 샘플링할 수 있고 또한 샘플링 시간을 비교적 길게 할 수 있으므로, A/D 변환부(4)가 필요로 되는 고속 변환성능을 억제할 수 있어서, 저코스트화에 연결된다.

(유기전압의 검출방법 6)

여기서는 상기의 검출방법 5에서, 샘플링 시간 ΔTs를 링잉 주파수의 역수에 대해서 충분히 작게 설정하고, 극대점, 극소점의 샘플링 전압을 수렴 전압 결정을 위한 샘플링 전압으로서 채용한다. 도 13에 나타내는 바와 같이, 샘플링 전압(35)을 V0smy, 샘플링 시각을 tsmy(y는 정(正)의 정수(整數))로 하고 있다. tsmy는 샘플링 시간 ΔTs의 1차함수로서 표시된다.

(유기전압의 검출방법 7)

본 방법에서는 도 14에 나타내는 바와 같이 극대점을 샘플링해서 유기전압 V0을 확정한다. 샘플링 전압이 극대점이 될 때에는 유기전압의 전압 방정식은 y=1로 하면, 이하의 방정식으로 된다.

V0sm1=V0ㆍ(1-exp(-kㆍtsm1)ㆍ(-1))

=V0ㆍ(1+exp(-kㆍtsm1)) (21)

따라서,

V0=V0sm1/(1+exp(-kㆍtsm1)) (22)

가 된다.

따라서, 정수 k만 알면, 극대점이 되는 1개의 샘플링 전압(36)(V0sm1)에 의해, 유기전압 V0을 확정할 수 있게 된다. 결국, 링잉 주파수 fL이나 φ에 전혀 의존하지 않고 V0을 확정할 수 있으므로, 정밀도 좋게 유기전압을 구하는 것이 가능하다.

또한, y=3으로 하면, 그 샘플링 전압에 의해 이하의 방정식으로 된다.

V0sm1=V0ㆍ(1+exp(-kㆍtsm1))

≡V0ㆍ(1+1)) (23)

V0sm3=V0ㆍ(1+exp(-kㆍtsm3))

=V0ㆍ(1+exp(-kㆍtsm1ㆍtsm3/tsm1))

≡V0ㆍ(1+exp(-kㆍtsm1ㆍ31))

=V0ㆍ(1+1⌒31)) (24)

여기서, 기호 "⌒"는 계승(階乘)을 나타낸다. 상기 식으로부터1을 소거하면 V0을 확정할 수 있다. 즉, 극대점의 샘플링 전압 V0sm1과 V0sm3에 의해, 정수 k에도 의존하지 않고 V0을 확정할 수 있으므로, 더 한층 정밀도 좋게 유기전압을 구할 수 있다.

(유기전압의 검출방법 8)

본 방법에서는 도 15에 나타내는 바와 같이 극소점을 샘플링해서 유기전압 V0을 확정한다. 샘플링 전압(37)이 극소점인 경우에는 유기전압의 전압 방정식은 y=2로 하면, 샘플링 전압 V0sm2에 의해서 이하와 같이 된다.

V0sm2=V0ㆍ(1-exp(-kㆍtsm2)ㆍ(1))

=V0ㆍ(1-exp(-kㆍtsm2)) (25)

따라서,

V0=V0sm2/(1-exp(-kㆍtsm2)) (26)

가 된다. 따라서, 정수 k를 알면, 극소점이 되는 1개의 샘플링 전압(37)(V0sm2)에 의해, 유기전압 V0을 확정할 수 있게 된다. 결국, 링잉 주파수 fL이나 φ에 전혀 의존하지 않고 V0을 확정할 수 있으므로, 정밀도 좋게 유기전압(12)을 구하는 것이 가능하다.

또한, y=4로 하면, 이하의 방정식이 취득된다.

V0sm2=V0ㆍ(1-exp(-kㆍtsm2))

≡V0ㆍ(1-2)) (27)

V0sm4=V0ㆍ(1-exp(-kㆍtsm4))

=V0ㆍ(1-exp(-kㆍtsm2ㆍtsm4/tsm2))

≡V0ㆍ(1-exp(-kㆍtsm2ㆍ42))

=V0ㆍ(1-2⌒42)) (28)

상기 식으로부터,2를 소거하면 V0을 확정할 수 있다. 즉, 극소점의 샘플링 전압 V0sm2와 V0sm4에 의해, 정수 k에도 의존하지 않고 V0을 확정할 수 있으므로, 더욱 정밀도 좋게 유기전압을 구할 수 있다.

이상과 같은 방법으로써 샘플링점의 결정을 실행함으로써, 전압검출 정밀도를 향상시킬 수 있으므로, 더욱 정밀도 좋은 모터 제어를 실현할 수 있다.

본 발명의 인버터 장치는 모터 권선의 유기전압의 검출을 위한 A/D 변환수단의 샘플링 시간 ΔTs와 샘플링 회수 n을 적절하게 제어한다. 이에 따라서, 모터 전류의 통전각을 간단한 회로 구성으로써 180°근방까지 확대했을 경우에도, 정밀도 좋게 모터 회전자 위치에 의거해서 모터 구동제어를 할 수 있으므로, 모터가 발생하는 음ㆍ진동을 저감하고, 기계 시스템의 방음, 진동 대책을 간략화할 수 있어서, 회로 코스트가 염가인 인버터 장치를 실현할 수 있다.

또한, 상기 샘플링 시간 ΔTs를 PWM 제어에서의 ON 구간의 시간 길이와 동등한 값으로 설정해도 좋다. 이에 의해서, 최소한 1점의 정상적인 유기전압을 샘플링할 수 있게 되고, 유기전압의 샘플링 오류에 의한 인버터 시스템의 이상 정지를 방지할 수 있다.

또한, 샘플링 시간 ΔTs를 PWM 제어에서의 ON 구간의 직후의 유기전압에 발생하는 링잉 주파수가 fL일 때에, ΔTs1/fL을 만족하도록 설정해도 좋다. 이에 따라서 고주파 링잉 성분을 갖는 유기전압을 고분해능으로 전압 샘플링할 수 있으므로, 유기전압을 정확하게 확정할 수 있다.

또한, 샘플링 시간 ΔTs를 ΔTs=1/(36ㆍfL)을 만족하도록 설정해도 좋다. 이에 의해서, 링잉 성분을 갖는 유기전압의 각도 분해능을 10°구분까지 높여서 전압 샘플링할 수 있으므로, 유기전압을 더욱 정확하고 또한 간단하게 확정할 수 있다.

또한, 샘플링 회수 n을 PWM 제어에서의 ON 구간의 유기전압을 샘플링하도록 설정해도 좋다. 이에 의해서, 정상적인 유기전압 이외의 전압 요소를 샘플링하는 일이 완전히 없어져서, 유기전압 샘플링 오류에 의한 인버터 시스템의 이상 정지를 방지할 수 있다.

또한, PWM 제어에서의 ON 구간에 샘플링된 전압중 최후에 샘플링된 전압치를 가지고 유기전압을 확정해도 좋다. 이에 의해서, 유기전압을 복잡한 계산을 하지 않고 간단하게 확정할 수 있어서, 제어연산용 LSIㆍμP의 처리 능력을 저감할 수 있고, 또한 제어 프로그램도 간단하게 해결되므로, 개발기간의 단축과 인버터 시스템의 저코스트화가 가능하다.

또한, PWM 제어에서의 ON 구간에 샘플링된 어느 1점의 전압을 소정의 연산식으로써 계산 처리함으로써 유기전압을 확정해도 좋다. 이에 의해서, 유기전압을 1점 샘플링하는 것만으로 좋고, 전압 샘플링 시스템의 기능을 저감할 수 있어서 인버터 시스템의 저코스트화가 가능하다.

상기 소정의 연산식은 샘플링 시간 ΔTs, 또는 링잉 주파수 fL을 포함하는 지수함수 및 삼각함수의 적(積)으로 구성되어도 좋다. 이에 의해서, 유기전압을 1점 샘플링하는 것만으로도 정밀도 좋게 유기전압을 확정할 수 있으므로, 인버터 시스템의 안정성과 저코스트화의 양립이 가능하다.

또한, PWM 제어에서의 ON 구간에 샘플링된 1점 이상의 전압을 소정의 연산식으로써 계산 처리함으로써 유기전압을 확정해도 좋다. 이에 의해서, 더욱 정밀도 좋게 유기전압을 확정할 수 있으므로, 인버터 시스템의 안정성과 고성능화의 양립이 가능하다.

또한, 상기 소정의 연산 처리는 샘플링된 전압을 산술평균 처리하는 것이어도 좋다. 이에 따라서, 유기전압에 잡음 전압 등의 외란(外亂) 전압이 순간적으로 인가되었다고 해도, 큰 영향을 받지 않으므로 정밀도 좋게 유기전압을 확정할 수 있고, 인버터 시스템의 안정성과 성능을 더욱 높일 수 있다.

또한, 상기 소정의 연산 처리는 샘플링 전압의 극대점 또는 극소점을 이용하여 실행해도 좋다. 이에 의해서, 유기전압을 확정하는 경우의 제어 연산을 간단히 하면서 정밀도도 향상시킬 수 있어서, 인버터 시스템의 안정성ㆍ성능ㆍ비용 대 성능비를 동시에 높일 수 있다.

또한, 극대점을 2개 이상 또는 극소점을 2개 이상 이용하여 소정의 연산 처리를 실행해도 좋다. 이에 따라서, 유기전압을 확정하는 경우에 제어 연산을 더욱간단히 하면서, 더 한층 정밀도를 향상시킬 수 있어서, 인버터 시스템의 안정성ㆍ성능ㆍ비용 대 성능비를 현저하게 비약적으로 높일 수 있다.

또한, 상기 소정의 연산 처리는 샘플링 시간 ΔTs를 포함하는 지수함수를 이용하여 실행해도 좋다. 이에 의해서, 제어 연산을 비교적 간단하게 실행할 수 있어서, 제어연산용 LSIㆍμP의 처리 능력을 저감할 수 있고, 또한 제어 프로그램도 간단하게 되므로, 인버터 시스템의 저코스트화ㆍ표준화를 한층 높일 수 있다.

본 발명은 특정 실시형태에 대해서 설명했지만, 당업자에 따라서는 기타의 많은 변형예, 수정, 기타의 이용이 명백하다. 그러므로, 본 발명은 여기에서의 특정 개시에 한정되지 않고, 첨부된 청구범위에 의해서만 한정될 수 있다.

Claims

스위칭 소자를 포함하고, 상기 스위칭 소자의 개폐에 따라서 직류전압을 의사(擬似)교류전압으로 변환해서 상기 의사교류전압을 모터에 대해서 출력하는 직류교류 변환수단과,

상기 모터의 권선 전압을 검출하는 전압검출수단과,

상기 직류교류 변환수단이 출력하는 상기 의사교류전압의 PWM 제어에 있어서의 듀티(duty) 비를 제어하는 PWM 듀티 제어수단과,

PWM 제어에 있어서의 ON 구간일 때에, 상기 전압검출수단의 출력전압을 입력하고, 소정의 시간 간격마다 샘플링해서 디지털 값으로 변환하여, 샘플링 전압으로서 출력하는 A/D 변환수단과,

상기 A/D 변환수단으로부터의 샘플링 전압에 의해 소정의 방법을 이용하여 모터 권선의 유기전압을 확정하고, 이 확정된 유기전압에 의해 상기 모터의 유기전압의 제로크로스 위치를 연산함과 동시에 샘플링 지령을 출력하는 제어연산수단과,

상기 제어연산수단으로부터의 샘플링 지령에 따라서 상기 A/D 변환수단의 샘플링 시간 ΔTs와 샘플링 회수 n을 제어하는 샘플링 시간제어수단을 구비하고,

상기 샘플링 시간제어수단은, PWM 제어에 있어서의 ON 구간의 유기전압을 샘플링하도록, 상기 샘플링 회수 n를 설정하는 것을 특징으로 하는 인버터 장치.
제1항에 있어서, 상기 샘플링 시간제어수단은 상기 샘플링 시간 ΔTs를 PWM 제어에서의 ON 구간의 시간 길이와 동등한 값으로 설정하는 것을 특징으로 하는 인버터 장치.
제1항에 있어서, 상기 샘플링 시간제어수단은 PWM 제어에서의 ON 구간의 직후의 유기전압에 발생하는 링잉(ringing) 주파수를 fL이라고 하면, 샘플링 시간 ΔTs를 ΔTs1/fL을 만족하도록 설정하는 것을 특징으로 하는 인버터 장치.
제1항에 있어서, 상기 샘플링 시간제어수단은 샘플링 시간 ΔTs를 ΔTs=1/(36fL)을 만족하도록 설정하는 것을 특징으로 하는 인버터 장치.
삭제
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어연산수단은 PWM 제어에서의 ON 구간에서 샘플링된 전압중 최후에 샘플링된 전압치를 가지고 상기 유기전압을 확정하는 것을 특징으로 하는 인버터 장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어연산수단은 PWM 제어에서의 ON 구간에서 샘플링된 어느 1점의 전압을 소정의 연산식으로써 처리함으로써 유기전압을 확정하는 것을 특징으로 하는 인버터 장치.
제7항에 있어서, 상기 소정의 연산식은 샘플링 시간 ΔTs 또는 링잉 주파수 fL을 포함하는 지수함수 및 삼각함수의 적(積)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 인버터 장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어연산수단은 PWM 제어에서의 ON 구간에 샘플링된 1점 또는 2점 이상의 전압을 소정의 연산 처리함으로써 유기전압을 확정하는 것을 특징으로 하는 인버터 장치.
제9항에 있어서, 상기 소정의 연산 처리는 샘플링된 전압을 산술평균 처리하는 것을 특징으로 하는 인버터 장치.
제9항에 있어서, 상기 소정의 연산 처리는 샘플링 전압의 극대점 또는 극소점을 이용하여 실행되는 것을 특징으로 하는 인버터 장치.
제9항에 있어서, 상기 소정의 연산 처리는 샘플링 전압의 2개 이상의 극대점 또는 2개 이상의 극소점을 이용하여 소정의 연산을 실행하는 것을 특징으로 하는 인버터 장치.
제11항에 있어서, 상기 소정의 연산 처리는 샘플링 시간 ΔTs를 포함하는 지수함수를 이용하여 실행되는 것을 특징으로 하는 인버터 장치.
제12항에 있어서, 상기 소정의 연산 처리는 샘플링 시간 ΔTs를 포함하는 지수함수를 이용하여 실행되는 것을 특징으로 하는 인버터 장치.