KR100492616B1 - 비엘디시 모터의 회전속도 제어용 에프지 펄스 변환 장치 - Google Patents

비엘디시 모터의 회전속도 제어용 에프지 펄스 변환 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 비엘디시 모터의 회전속도 제어용 에프지 펄스 변환 장치에 관한 것으로서, 각 비엘디시 모터를 구동 제어하는 제어부로부터 발생된 에프지 펄스 신호를 입력받는 입력부와, 센서타입 및 센서리스 타입 비엘디시 모터의 에프지 펄스 신호가 상호 가역적으로 변환 가능하도록 구성되어 상기 입력부로부터 입력된 각각의 펄스 신호를 가역적으로 변환 및 연산하여 모터 구동부의 회전 속도 정보를 산출하는 연산부와, 상기 연산부에서 얻어진 회전속도 정보를 제어부로 피드백시켜 회전속도를 가감하도록 구동제어하기 위한 출력부로 구성됨으로써, 서로 다른 모터 드라이브 센서를 사용하는 각각의 센서타입 비엘디시 모터와 센서리스 타입 비엘디시 모터의 에프지 펄스 신호를 변환 및 연산하여 최소 부품의 변경만으로도 호환하여 모터의 회전 속도 제어를 가능하게 하는 효과를 갖는다.

Description

비엘디시 모터의 회전속도 제어용 에프지 펄스 변환 장치{DEVICE OF PULSE TRANSLATION FOR FREQUENCY GENERATOR OF BLDC MOTOR}
본 발명은 비엘디시 모터의 회전속도 제어용 펄스 변환 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 센서타입 및 센서리스 타입 비엘디시 모터의 구동 제어부로보터 발생되는 에프지 펄시신호를 변환 및 연산하여 얻어진 회전속도 정보를 제어부로 피드백시켜 회전속도를 제어하도록 함으로써 최소 부품의 변경만으로도 각 비엘디시 모터의 호환이 가능하도록 하는 비엘디시 모터의 회전 속도 제어용 에프지 펄스 변환 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 비엘디시 모터(BLDC Motor)는 일반적인 직류(DC) 모터에서 정류자(Commutator) 역할을 하는 브러시(Brush)를 제거하고 DC 모터의 성질은 그대로 유지되도록 고안된 것으로, 회전자의 위치을 검출함과 아울러 회전속도를 검출하는 검출센서의 유무에 따라 센서 타입(Sensor type)과 센서리스 타입(Sensorless type)으로 구분된다.
이하, 종래 센서 타입의 비엘디시 모터를 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 1은 종래 센서 타입 비엘디시 모터의 구성를 도시한 블럭도이고, 도 2는 종래 센서 타입 비엘디시 모터의 횡단면도이며, 도 3은 종래 센서 타입 비엘디시 모터의 정단면도이다.
그리고, 도 4는 종래 센서리스 타입 비엘디시 모터의 구성을 도시한 블럭도이고, 도 5는 종래 센서리스 타입 비엘디시 모터의 횡단면도이며, 도 6은 종래 센서리스 타입 비엘디시 모터의 정단면도이다.
도 1 내지 도 3에서 도시한 바와 같이, 종래 센서타입 비엘디시 모터(100)는 회전력을 발생시키는 모터 구동부(110)와, 상기 모터 구동부(110)를 회전자(113) 위치를 검출하는 감지부(120)와, 상기 감지부(120)에서 감지된 신호에 의해 상기 모터 구동부를 구동시키는 제어부(130)로 이루어진다.
상기 모터 구동부(110)는 원통형의 케이싱(111)과 상기 케이싱(111) 내부면에 압입 고정됨과 아울러 복수개의 슬롯에 3상 코일(U상 코일, V상 코일, W상 코일)이 권선되어 이루어진 고정자(112)와, 상기 고정자(112) 내부에 회전 가능하게 삽입 고정됨과 아울러 회전축(114)을 중심으로 서로 다른 자성이 교번 배치된 영구 자석으로 이루어진 회전자(113)로 이루어진다.
상기 감지부(120)는 회전자(113)의 위치정보를 감지하여 회전자(113)의 회전속도에 대한 정보를 얻을 수 있도록 고정자(112)와 회전자(113) 사이에 위치함과 아울러 보다 상세하게는 고정자(112)의 연속하는 슬롯의 각 티스와 티스 사이에 연속하여 배치되는 세 개의 홀 센서(121; Hall Sensor)로 이루어진다.
이때, 고정자(112)의 슬롯은 3상 유도 전류를 사용함에 따라 3의 배수로 형성되며, 이에 대응하는 회전자의 영구자석의 N 또는 S극이 교번하여 형성된 2의 배수로 형성된다. 따라서, 고정자(112)의 슬롯과 회전자(113)의 영구자석의 극수의 비율은 3m: 2n으로 각 홀 센서(121)에 의해 발생된 에프지 펄스(F/G Pulse; Frequency Generator Pulese)가 n 개 일 때 회전자(113)가 일 회전 한 것으로 인식하여 회전속도 정보를 감지한다.
상기 제어부(130)는 상기 홀 센서(121)로부터 감지되는 입력된 회전자(113)의 위치정보를 통해 상기 모터 구동부(110)의 회전자(113) 회전속도를 제어하기 위한 마이콤 소자인 모터 드라이브 센서로 이루어진 모터구동 제어부(131)와 상기 모터를 채용하는 제품의 전체적인 운전을 제어하는 메인 제어부(132)로 이루어진다.
이와 같은 구성에 의하여, 종래 센서타입 비엘디시 모터(100)의 작동은 고정자(112)측 코일의 각 상으로 전류를 흘려주고, 이 전류에 의해 코일에 자계가 발생하도록 하여 회전자(113)를 회전시킨다. 이때, 홀 센서(121)에서 회전자(113)의 자계의 세기를 검출하고, 검출된 자계의 세기에 따라 코일의 각상에 흐르는 전류의 방향을 전환시키기 위한 모터구동 제어부(131)의 각 스위칭 소자들을 순차적으로 온, 오프시킴으로써 회전자가 한쪽 방향으로 계속해서 회전하도록 한다.
그리나, 상기와 같은 센서타입 비엘디시 모터(100)는 회전자(113) 위치 검출을 위해 복 수개의 홀 센서(121)를 사용해야 하므로 모터의 가격이 상승하고, 구동 회로의 신뢰성이 저하되는 단점이 갖는다.
따라서 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 도 4 내지 도 6에서 도시한 바와 같이, 종래 센서리스 타입 비엘디시 모터는 구동력을 발생시키는 모터 구동부(210)와, 상기 모터 구동부(210)가 구동하도록 구동 제어하는 제어부(230)와, 상기 제어부(230)에서 발생하는 에프지 펄스를 감지하여 회전수를 제어하도록 하는 감지부(220)로 구비된다.
상기 모터 구동부(210) 및 제어부(230)는 상기된 센서 타입 비엘디시 모터(100)와 유사 또는 동일하여 반복적인 설명은 생략하기로 한다.
상기 감지부(230)는 상기 모터 구동부(210)를 구동시키기 위한 모터 드라이브 아이시(Motor Drive IC)로 이루어진 모터구동 제어부(231)와 비엘디시 모터를 채용하는 제품의 메인 피시비(PCB) 상에 구성되어 전제적인 운전을 제어하는 메인 제어부(232)로 이루어진다.
상기 모터구동 제어부(231)는 상기 메인 제어부(232)와 동일 피시비상에 구성되거나 또는 모터 구동부의 케이싱 내부에 일체로 형성될 수 있으며, 모터구동 제어부(231)에서 발생하는 에프지 펄스 즉, 1회전당 (3*p)를 발생시킨다면 (3*p)를 일 회전으로 감지하여 감지된 회전속도 정보에 의해 상기 메인 제어부(232)에서 구동 모터를 회전속도를 제어하도록 한다.
이와 같은 구성에 의하여, 종래 센서리스 타입 비엘디시 모터(200)의 작동은 제어부(230)에서 발생된 에프지 펄스 신호에 따라 모터 구동부(210)가 구동되며, 구동되는 모터 구동부(210)의 회전자(223)의 속도 제어는 감지부(220)가 모터 구동 제어부(231)에서 발생되는 에프지 펄스 신호를 감지하여 얻어진 회전자(223)의 회전속도 정보를 메인 제어부(232)로 피드백시켜 입출력신호를 제어함으로써 회전속도를 제어하도록 한다.
그러나, 각 센서리스 타입 비엘디시 모터(200)의 제어부(230)는 모터 구동부(210) 및 이를 구동시키기 위한 고유의 모터구동 제어부(231)의 에프지 펄스 신호에 의하여 구동시키기 때문에 서로 호환하여 사용할 수 없으며, 부득이하게 교체 사용한다고 하더라도 구동에 필요한 많은 메인 제어부(232) 또는 그 이외의 부품들이 교체되어야 하는 문제점이 발생한다.
상기 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명의 목적은, 각 기종의 센서 타입 및 센서리스 타입 비엘디시 모터의 에프지 펄스신호를 가역적으로 변환 및 연산할 수 있어 센서타입 및 센서리스 타입 비엘디시 모터의 호환이 가능하도록 한 비엘디시 모터의 회전속도 제어용 펄스 변환 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적은, 각 비엘디시 모터를 구동 제어하는 제어부로부터 발생된 에프지 펄스 신호를 입력받는 입력부와, 센서타입 및 센서리스 타입 비엘디시 모터의 에프지 펄스 신호가 상호 가역적으로 변환 가능하도록 구성되어 상기 입력부로부터 입력된 각각의 펄스 신호를 가역적으로 변환 및 연산하여 모터 구동부의 회전 속도 정보를 산출하는 연산부와, 상기 연산부에서 얻어진 회전속도 정보를 제어부로 피드백시켜 회전속도를 가감하도록 구동제어하기 위한 출력부로 구성됨을 특징으로 하는 비엘디시 모터의 에프지 펄스 변환 장치에 의해 달성된다.
이하, 본 발명의 비엘디시 모터의 속도 제어용 에프지 펄스 변환 장치를 첨부한 도면을 참조하여 설명하며, 종래와 동일 및 동일 상당부분에 대해서는 같은 참조부호를 부여하고 반복적인 설명은 생략하기로 한다.
도 7은 본 발명의 비엘디시 모터의 속도제어용 에프지 펄스 변환기의 구성을 도시한 블럭도이고, 도 8은 본 발명의 에프지 펄스 변환 장치를 갖는 센서리스 타입 비엘디시 모터의 구성을 도시한 블럭도이며, 도 9는 본 발명의 에프지 펄스 변환 장치를 갖는 센서 타입 비엘디시 모터의 구성을 도시한 블럭도이고, 도 10은 본 발명의 에프지 펄스 변환 장치를 갖는 비엘디시 모터의 작동 순서를 도시한 흐름도이다.
도7 내지 도 9에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 비엘디시 모터의 회전속도 제어용 에프지 펄스 변환 장치는 센서 타입 또는 센서리스 타입 비엘디시 모터(100)(200)를 구동 제어하는 각 모터구동 제어부(131)(231)로부터 발생된 에프지 펄스 신호를 입력받는 입력부(11)와, 상기 입력부(11)로부터 입력된 각각의 펄스 신호를 변환 및 연산하여 모터 구동부(110)(210)의 회전자(113)(213) 회전 속도 정보를 산출하는 연산부(12)와, 상기 연산부(12)에서 얻어진 회전속도 정보를 각 메인 제어부(132)(232)로 피드백시켜 회전속도를 가감하도록 구동제어하기 위한 출력부(13)를 갖는 에프지 펄스 변환기(10)로 구성된다.
상기 입력부(11)는 센서타입 비엘디시 모터(100) 또는 센서리스 타입 비엘디시 모터(200)를 구동 제어하기 위한 각각의 모터구동 제어부(131)(231) 즉, 드라이브 센서에 연결되어 구동 제어시 발생된 역기전력에 의해 얻어지는 에프지 펄스 신호를 인입하도록 한다.
상기 연산부(12)는 각각의 비엘디시 모터를 구동 제어하기 위한 각 모터구동 제어부(131)(231)로부터 발생된 서로 다른 에프지 펄스수를 상호 호환 가능하게 변환하고, 호환 가능하게 변환된 에프지 펄스수로부터 연산에 의해 얻어진 각 모터 구동부(110)(210)의 회전자(113)(213)의 회전속도 정보에 의해 서로 다른 에프지 펄스 신호로 구동 제어되는 각각의 센서 타입 및 센서리스 타입 비엘디시 모터(100)(200)가 최소부품의 변경 또는 부품의 변경 없이도 상호 호환 가능하도록 한다.
상기 출력부(13)는 상기 연산부(12)에서 산출된 회전속도 정보를 제어부 즉, 모터 구동부의 운전을 제어하는 메인 제어부(132)(232)로 피드백시켜 입력신호를 가감시킴으로서 모터 구동부(110)(210)의 회전자(113)(213) 속도를 제어하도록 한다.
이와 같은 구성에 의하여, 도 10에 도시한 바와 같이, 본 발명의 비엘디시 모터의 회전속도 제어용 펄스 변환 장치의 작용 효과를 변환기를 이용하여 센서 타입 비엘디시 모터를 사용하는 제품에 센서리스 타입 비엘디시 모터를 호환하여 사용하는 것을 일예로 들어 설명하며, 먼저, 센서 타입 비엘디시 모터(100)의 경우 고정자(112) 슬롯과 회전자(113)의 극수의 비율이 3m: 2P로 구성됨에 따라 모터구동 제어부(131)에서는 에프지 펄스 수가 p개일 때 회전자가 1회전한 것으로 인식하는 반면, 센서리스 타입 비엘디시 모터(200)의 경우 고정자(212) 슬롯과 회전자(213) 극수의 비율이 3m: 2n으로 구성되더라도 회전자(213)를 1회전 시키기 위한 에프지 펄스 수는 3n 이다.
이때, 센서 리스 타입 비엘디시 모터(200)의 정확한 회전속도를 측정하기 위해서는 변환기(10)의 입력부(11)를 통해 에프지 펄스 출력신호가 입력되도록 하고, 그 입력된 에프지 펄스 신호를 연산부에서 변환 및 연산하여 즉, p/3n으로 연산하여 얻어진 회전자(213)의 회전 정보를 출력부(13)를 통해 모터 구동부(210)를 운전제어하는 메인 제어부(232)로 피드백시킨 후, 메인 제어부에서 모터로 입력되는 입력신호를 증감시켜 모터 구동부(210)의 회전자(213)의 회전속도를 가감하도록 한다.
따라서, 기존의 센서 타입 비엘디시 모터(100)에 맞게 설계된 제어부의 수정 없이도 센서리스 타입 비엘디시 모터(200)를 호환하여 사용할 수 있으며, 반대로 변환기(10)를 사용하여 센서리스 타입 비엘디시 모터(200)를 센서 타입 비엘디시 모터(100)로 제어부의 변환없이 사용할 수있도록 하며, 또한 서로 다른 고유 에프지 펄스 신호에 의해 운전 제어되는 각각의 센서리스 타입 비엘디시 모터를 호환하여 사용할 수 있도록 한다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 서로 다른 모터 드라이버 아이시를 사용하는 각각의 센서타입 비엘디시 모터와 센서리스 타입 비엘디시 모터의 에프지 펄스 신호를 변환 및 연산하여 최소 부품의 변경만으로도 호환하여 모터의 회전 속도 제어를 가능하게 하는 효과를 갖는다. 또한, 센서 타입 비엘디시 모터의 경우 홀 센서를 제거하여 제작비 및 생산공정의 감소로 인한 생산성을 향상시킬 수 있는 효과를 갖는다.
도 1은 종래 센서 타입 비엘디시 모터의 구성를 도시한 블럭도
도 2는 종래 센서 타입 비엘디시 모터의 횡단면도,
도 3은 종래 센서 타입 비엘디시 모터의 정단면도
도 4는 종래 센서리스 타입 비엘디시 모터의 구성을 도시한 블럭도.
도 5는 종래 센서리스 타입 비엘디시 모터의 횡단면도,
도 6은 종래 센서리스 타입 비엘디시 모터의 정단면도,
도 7은 본 발명의 비엘디시 모터의 속도제어용 에프지 펄스 변환기의 구성을 도시한 블럭도,
도 8은 본 발명의 에프지 펄스 변환 장치를 갖는 센서리스 타입 비엘디시 모터의 구성을 도시한 블럭도,
도 9는 본 발명의 에프지 펄스 변환 장치를 갖는 센서 타입 비엘디시 모터의 구성을 도시한 블럭도.
도 10은 본 발명의 에프지 펄스 변환 장치를 갖는 비엘디시 모터의 작동 순서를 도시한 흐름도.
*도면의 주요부분에 대한 설명*
10: 변환기 11: 입력부
12: 연산부 13: 출력부
100 센서 타입 비엘디시 모터 200: 센서리스 타입 비엘디시 모터
130, 230: 제어부 131, 231: 모터구동 제어부
132, 232: 메인 제어부

Claims (3)

  1. 각 비엘디시 모터를 구동 제어하는 제어부로부터 발생된 에프지 펄스 신호를 입력받는 입력부와,
    센서타입 및 센서리스 타입 비엘디시 모터의 에프지 펄스 신호가 상호 가역적으로 변환 가능하도록 구성되어 상기 입력부로부터 입력된 각각의 펄스 신호를 가역적으로 변환 및 연산하여 모터 구동부의 회전 속도 정보를 산출하는 연산부와,
    상기 연산부에서 얻어진 회전속도 정보를 제어부로 피드백시켜 회전속도를 가감하도록 구동제어하기 위한 출력부로 구성됨을 특징으로 하는 비엘디시 모터의 에프지 펄스 변환 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 연산부는 서로 다른 에프지 펄스 신호로 구동 제어되는 각각의 센서리스 타입 비엘디시 모터의 펄스 신호를 에프지 펄스 신호를 상호 가역적으로 변환하도록 구성됨을 특징으로 하는 비엘디시 모터의 에프지 펄스 변환 장치.
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