KR100597296B1 - 센서리스 비엘디씨 모터의 초기 구동 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 센서리스 비엘디씨 모터의 초기 구동 방법에 관한 것으로서, 특히 초기위치와 운전방향 지령 간의 관계에 따라 정렬위치를 결정하여 초기 구동을 수행하는 센서리스 비엘디씨 모터의 초기 구동 방법에 관한 것이다.

본 발명인 센서리스 비엘디씨 모터의 초기 구동 방법은 회전자와 고정자 간의 초기위치를 검출하는 단계와, 상기 회전자에 대한 운전방향 지령을 수신하는 단계와, 상기 초기위치와 운전방향 지령에 따라 정렬위치를 결정하는 단계와, 상기 회전자를 상기 정렬위치로 회전시키는 단계와, 상기 회전자를 상기 운전방향 지령에 따라 회전시키는 단계를 포함한다.

Description

센서리스 비엘디씨 모터의 초기 구동 방법{INITIAL DRIVING METHOD OF SENSORLESS BLDC MOTOR}

도 1은 종래 기술에 따른 2상 비엘디씨 직류 모터의 구조를 보인 개략도이다.

도 2는 종래 기술에 따른 2상 비엘디씨 직류 모터의 구동장치의 블록도이다.

도 3은 본 발명에 따른 초기 구동 방법이 적용될 드럼 세탁기의 단면도이다.

도 4는 도 3의 부분 확대도이다.

도 5는 도 3의 드럼 세탁기의 구동 장치의 블록도이다.

도 6은 본 발명에 따른 초기 구동 방법의 실시예이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

401: 전원부 402: 정류부

403: 인버터부 404: 모터

405: 회전자 위치검출부 406: 모터 제어부

본 발명은 센서리스 비엘디씨 모터의 초기 구동 방법에 관한 것으로서, 특히 초기위치와 운전방향 지령 간의 관계에 따라 정렬위치를 결정하여 초기 구동을 수행하는 센서리스 비엘디씨 모터의 초기 구동 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 냉장고 및 에어컨의 송풍용 팬은 가격이 저렴한 단상 유도기를 주로 사용하였으나, 그 단상 유도기는 효율이 낮아 냉장고 및 에어컨의 소비전력 저감을 위해서는 고효율의 모터가 요구된다.

따라서, 단상 유도기에 비해 고효율의 특성을 갖는 비엘디씨 모터를 사용하는데, 그 비엘디씨 모터는 회전자의 영구자석과 고정자 권선에 의해 발생하는 자속의 쇄교에 의해 회전토크가 발생하기 때문에 고정자 권선에 인가되는 전압 또는 전류의 극성을 결정하기 위해서 회전자의 위치를 항상 검출해야 한다.

도 1은 종래 기술에 따른 2상 비엘디씨 직류 모터의 구조를 보인 개략도로서, 이에 도시된 바와 같이 영구자석으로 이루어진 회전자(2)와, 그 회전자(2)의 위치를 검출하는 홀센서(3)를 구비한다.

도 2는 종래 기술에 따른 2상 비엘디씨 직류 모터의 구동장치에 대한 구성을 보인 블록도로서, 이에 도시된 바와 같이, 상용교류전원을 정류 직류전압으로 변환하는 정류부(11)와, 상기 정류부(11)에서 출력되는 직류전압을 원하는 크기 및 주파수의 전압으로 가변하여 회전자(미도시)의 위치에 따라 모터(14)의 해당권선에 인가하는 인버터부(13)와, 회전자의 위치를 검출하는 회전자 위치검출부(15)와, 상 기 정류부(11)에 출력되는 고압의 직류전압을 저압의 직류전압으로 변환하여 인버터(13)의 스위칭소자를 구동하기 위한 구동신호를 출력함과 아울러 회전자 위치검출부(15)의 위치검출센서에 저압의 직류전압을 공급하는 전원부(12)로 이루어진다.

도 1과 같이, 고정자(1)의 내면이 회전자(2)와 같이 원형으로 되어 있는 경우에 전원이 인가되지 않은 상태에서 회전자(2)는 어느 위치에나 존재하게 되는데, 즉, 모터에 전원을 최초 인가시 회전자(2)의 초기위치에 따라 원하는 회전방향으로 모터가 회전하거나 또는 회전하지 않을 수도 있다. 예를 들면, 회전자(2)의 영구자석(N), (S)의 경계 부근에서는 발생 토크가 매우 작기 때문에 모터가 회전방향으로 회전하기 위한 기동력이 부족하게 된다. 특히, 모터에 과도한 부하가 인가된 상태에서는 더욱 안정된 기동이 어렵게 된다.

이러한 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 특히 과부하시에 안정되게 모터를 기동시키는 센서리스 비엘디씨 모터의 초기 구동 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 중력에 따른 관성을 이용하여 모터의 기동 특성이 향상된 센서리스 비엘디씨 모터의 초기 구동 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 특히 세탁기에서 세탁물이 서로 엉키는 것을 방지할 수 있는 센서리스 비엘디씨 모터의 초기 구동 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명인 센서리스 비엘디씨 모터의 초기 구동 방법은 회전자와 고정자 간의 초기위치를 검출하는 단계와, 상기 회전자에 대한 운전방향 지령을 수신하는 단계와, 상기 초기위치와 운전방향 지령에 따라 정렬위치를 결정하는 단계와, 상기 회전자를 상기 정렬위치로 회전시키는 단계와, 상기 회전자를 상기 운전방향 지령에 따라 회전시키는 단계를 포함한다.

이때, 상기 초기위치와 정렬위치는 전기각인 것이 바람직하다.

또한, 상기 정렬 위치는 상기 초기위치로부터 상기 운전방향 지령에 따른 운전방향의 반대방향에 위치된 것이 바람직하다.

또한, 상기 정렬 위치와 초기위치 간의 전기각은 상기 초기위치의 검출 오차보다 큰 것이 바람직하다.

이상에서, 본 발명은 본 발명의 실시예들 및 첨부도면에 기초하여 센서리스 비엘디씨 모터의 초기 구동 방법을 예로 들어 상세하게 설명되었다. 그러나, 이상의 실시예들 및 도면에 의해 본 발명의 범위가 제한되지는 않으며, 본 발명의 범위는 후술한 특허청구범위에 기재된 내용에 의해서만 제한될 것이다.

도 3은 본 발명에 따른 초기 구동 방법이 적용될 드럼 세탁기의 단면도이고, 도 4는 도 3의 부분 확대도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 드럼 세탁기는 아웃케이스(20) 내에 댐퍼(D)와 스프링(S)에 의해 지지된 외조(30)와, 상기 외조(30) 내에 회전가능하게 설치되 원통형상의 세탁조(40), 상기 외조(30)의 하부 일측에 전원을 인가받아 회전하는 구동 장치를 포함한다.

이와 같이, 구성된 드럼 세탁기의 세탁조(40)에 구동력을 전달하기 위하여 세탁축(100)이 형성된다. 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 세탁축(100)의 일단은 세탁조(40)의 후면에 형성된 스파이더(50)에 삽입되고 타단은 로터부싱(234a)에 치합된다. 그리고 구동장치의 회전력은 세탁축(100)으로 전달되어 세탁조(40)를 회전시킨다. 상기와 같이 세탁조(40)의 회전으로 세탁물이 들어올려졌다가 중력에 의해 하방으로 떨어지면서 세탁을 수행하게 된다.

그리고, 드럼세탁기의 전면에는 세탁조(40)의 개구부를 개폐하는 도어(R)가 구비된다. 그리고 상기 도어(R)와 세탁조(40) 사이에는 가스켓(G)이 설치되며, 상기 도어(R)의 상부에는 사용자의 조작 명령을 입력받고 세탁기 전체의 작동을 제어하는 제어부(C)가 형성된다.

도 4에 도시된 바와 같이, 상기 세탁축(100)의 회전력을 발생시키기 위한 회전장치는, 상기 세탁축(100)과 직결되는 회전자인 로터어셈블리(200)와, 세탁조(40)의 후방에 결합되며, 회전자기장을 발생시키는 고정자인 스테이터어셈블리(300)를 포함하여 구성된다. 상기 로터어셈블리(200)는 상기 스테이터어셈블리(300)의 외주면과 일정한 간격을 이루며 스테이터어셈블리(300)를 둘러싸는 형태를 이룬다.

상기 로터어셈블리(200)는 마그네트(210)가 장착된 측벽(232)과, 베이스(234)로 이루어진다. 상기 베이스(234)는 세탁축(100a)의 하부와 결합되는 로터부싱(234a)과, 상기 로터부싱(234a)의 상부에는 로터부싱샤프트(234b)가 결합된다.

상기 스테이터어셈블리(300)는 철판을 다수개 적층한 코어(320)와, 상기 코어(320) 외주면에 권취되는 코일(340)과, 상기 코어(320)와 코일(340) 의 접촉을 방지하기 위한 인슐레이터(미도시)를 포함하여 구성된다.

그리고 스테이터어셈블리(300)에서 발생시킨 회전 자기장을 이용해 유도전류와 회전력을 발생시키기 위한 로터어셈블리(200)가 스테이터어셈블리(300)의 외주면에 위치한다.

도 5는 도 3의 드럼 세탁기의 구동 장치의 블록도이다.

도시된 바와 같이, 외부 상용교류전원을 입력받는 전원부(401)와, 입력된 상용교류전원을 정류 직류전압으로 변환하는 정류부(402)와, 상기 정류부(402)에서 출력되는 직류전압을 인버터 구동신호에 따라 원하는 크기 및 주파수의 전압으로 가변하여 모터(404)의 해당권선에 인가하는 인버터부(403)와, 정지 상태의 회전자의 위치를 검출하는 회전자 위치검출부(405)와, 회전자의 위치(정지 위치)와 운동방향 지령에 따라 인버터 구동신호를 생성하여 인버터부(403)로 출력하는 모터 제어부(406)로 이루어진다. 이 운동방향 지령은 상술된 세탁기의 전체 공정을 제어하는 제어부(C)로부터 전송된 것으로, 시계방향(CW) 또는 반시계방향(CCW) 중의 어느 하나의 초기 기동과, 이후에 시계방향(CW) 및 반시계방향(CCW) 간의 순차적 교반운동을 포함할 수 있다.

도 5의 전원부(401)와 정류부(402)와, 인버터부(403), 모터(404)는 일반적인 센서리스 비엘디씨 모터(404)에 사용되는 것이므로 설명이 생략된다. 또한, 회전자 위치검출부(405)도 정지 상태에서 모터(404)의 회전자(도 4에서의 로터어셈블리 (200))와 고정자(도 4에서 스테이터어셈블리(300)) 간의 상대적인 전기각을 검출하는 것으로, 일반적으로 모터(404)를 회전하지는 못하는 위치검출신호를 모터(404)에 인가하여 위치를 검출한다. 즉, 이 회전자 위치검출부(405)는 종래 기술에서 개시된 홀 센서(3)가 아닌 모터(404)를 구동시킬 정도의 전압 크기보다 훨씬 적은 고주파 전압(위치검출신호)을 사용하여 회전자(200)와 고정자(300) 간의 상대적 위치를 연산하는 것으로, 도 5의 구동 장치에는 홀센서(3)와 같은 센서가 구비되지 않는다. 이때의 전기각은 시계방향으로 증가하는 것으로 한다.

회전자 위치검출부(405)는 회전자의 위치를 검출할 때 기계적 및 전기적으로 인한 검출오차(Θ: 전기각)를 지니게 된다.

도 6은 본 발명에 따른 초기 구동 방법의 실시예이다.

도시된 바와 같이, 모터 제어부(406)가 회전자 위치검출부(405)로부터 회전자(200)의 초기위치(A)를 나타내는 전기각을 입력받고, 회전자(200)가 고정자(300)와의 관계에서 최대의 회전자기장을 이용할 수 있는 위치인 정렬위치를 결정한다. 이 정렬위치는 예를 들면 고정자(300)의 코일(340)과 회전자(200)의 마그네트(210)가 가장 인접하게 되어 코일(340)에 도달하는 마그네트(210)의 자속이 최대가 되는 위치이다. 따라서, 각 코일(340) 간의 간격이 일정하고, 각 마그네트(210)의 간격이 또한 일정하므로, 초기위치(A)가 검출되면, 다수의 정렬위치가 결정될 수 있다.

이때, 모터 제어부(406)는 운전방향 지령과 초기위치에 따라 정렬위치를 설정하며, 이때 중력방향이 또한 고려된다. 예를 들면, 운전방향 지령이 시계방향(CW)인 경우, 모터 제어부(406)는 다수의 정렬 위치 중에서 초기위치(A)보다 전기 각이 작은 정렬 위치(B)를 선택한다. 반대로 운전방향 지령이 반시계방향(CCW)인 경우, 모터 제어부(406)는 다수의 정렬 위치 중에서 초기위치(A)보다 전기각이 큰 정렬 위치(C)를 선택한다. 여기서, 초기위치(A)와 정렬 위치(B), (C) 간의 각각의 전기각의 차이는 상술된 검출오차(Θ)보다 크도록 하여, 회전자(200)의 초기 구동이 검출오차(Θ)에 영향을 받지 않도록 한다.

자세하게는, 운전방향 지령이 시계방향(CW)인 경우, 모터 제어부(406)는 정렬 위치(B)를 선택하고, 회전자(200)를 반시계방향(CCW)으로 초기위치(A)가 정렬위치(B)에 이르도록 회전시키고, 그 이후에 회전자(200)를 시계방향(CW)으로 회전시킨다. 처음에 회전자(200)를 반시계방향(CCW)으로 초기위치(A)로부터 정렬위치(B)로 회전시키는 것은 그 초기위치(A)와 정렬위치(B)간의 전기각의 차이 크지 않으므로, 과부하 시에도 그 초기 구동에 큰 어려움이 없게 된다.

또한, 회전자(200)의 초기위치(A)가 정렬위치(B)에 도달한 후, 회전자(200)를 시계방향(CW)으로 회전시키면, 회전자와 연결된 세탁조(40) 내의 세탁물(또는 부하)에 중력에 의한 관성이 작용하게 되어, 과부하시에도 그 회전이 훨씬 용이하게 된다.

다음으로, 운전방향 지령이 반시계방향(CCW)인 경우, 모터 제어부(406)는 정렬 위치(C)를 선택하고, 회전자(200)를 시계방향(CW)으로 초기위치(A)가 정렬위치(C)에 이르도록 회전시키고, 그 이후에 회전자(200)를 반시계방향(CCW)으로 회전시킨다.

처음에 회전자(200)를 시계방향(CW)으로 초기위치(A)로부터 정렬위치(C)로 회전시키는 것은 그 초기위치(A)와 정렬위치(C)간의 전기각의 차이 크지 않으므로, 과부하시에도 그 초기 구동에 큰 어려움이 없게 된다.

또한, 회전자(200)의 초기위치(A)가 정렬위치(C)에 도달한 후, 회전자(200)를 반시계방향(CCW)으로 회전시키면, 회전자와 연결된 세탁조(40) 내의 세탁물(또는 부하)에 중력에 의한 관성이 작용하게 되어, 과부하시에도 그 회전이 훨씬 용이하게 된다.

특히, 이러한 본 발명은 회전자(200)와 연결된 세탁조(40) 내부에 세탁물이 과중한 경우(과부하의 경우)에도 관성을 이용함으로써 적은 기동력으로도 회전이 가능하도록 한다. 더욱 순차적 교반운동(CW와 CCW의 순차적 운동)이 요구되는 경우, 이러한 초기 구동 방법은 관성을 이용하므로 세탁물의 엉키는 것을 방지할 수 있다.

이러한 구성의 본 발명은 특히 과부하시에 안정되게 모터를 기동시키는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 관성을 이용하여 모터의 기동 특성을 향상시키는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 특히 세탁기에서 세탁물이 서로 엉키는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 회전자와 고정자 간의 초기위치를 검출하는 단계와;

   상기 회전자에 대한 운전방향 지령을 수신하는 단계와;

   상기 초기위치와 운전방향 지령에 따라 정렬위치를 결정하는 단계와;

   상기 회전자를 상기 정렬위치로 회전시키는 단계와;

   상기 회전자를 상기 운전방향 지령에 따라 회전시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서리스 비엘디씨 모터의 초기 구동 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 초기위치와 정렬위치는 전기각인 것을 특징으로 하는 센서리스 비엘디씨 모터의 초기 구동 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 정렬 위치는 상기 초기위치로부터 상기 운전방향 지령에 따른 운전방향의 반대방향에 위치된 것을 특징으로 하는 센서리스 비엘디씨 모터의 초기 구동 방법.
4. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 정렬 위치와 초기위치 간 의 전기각은 상기 초기위치의 검출 오차보다 큰 것을 특징으로 하는 센서리스 비엘디씨 모터의 초기 구동 방법.

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