KR100602006B1

KR100602006B1 - 모터 제어 장치

Info

Publication number: KR100602006B1
Application number: KR1020047007286A
Authority: KR
Inventors: 마츠우라사다히로; 가토야스시
Original assignee: 마쯔시다덴기산교 가부시키가이샤
Priority date: 2001-11-16
Filing date: 2002-10-15
Publication date: 2006-07-18
Also published as: EP1444774B1; KR20050036897A; US20050001584A1; EP1444774A2; US6906494B2; JP3690338B2; DE60237780D1; WO2003043173A3; CN100511964C; WO2003043173A2; JP2003158888A; CN1593003A

Abstract

모터(100)에는 모터의 자석으로부터 자속을 검출하는 자속 검출기(102)가 설치되어 있다. 위치 신호 변환기(110)는, 자속 검출기(102)로 검출된 값을 이용하여 모터의 위치를 구한다. 속도 제어기(106)는 검출된 모터 위치를 이용하여 모터를 정현파 구동시킨다.

Description

모터 제어 장치{MOTOR CONTROLLER}

본 발명은 자석들을 가지는 동기 모터를 구동시키는 모터 제어 장치에 관한 것이다. 상기 동기 모터는 모터 위치를 검출하기 위한 자속 검출기를 포함한다. 본 발명의 모터 제어 장치는 동기 모터를 개시시 또는 천이시라도 정현파 구동시킨다.

종래의 모터 제어 장치는 도 17 및 도 18을 참조하여 이하에 설명된다. 동기 모터의 구동은, (a) 모터 자극의 위치를 검출하여, (b) 모터 자극의 위치를 나타내는 자극 신호(CS 신호)에 응답하여 모터의 권선들에 인가된 전류나 전압을 제어하는 것을 포함한다.

도 17은 3상 모터의 구형파 구동을 도시한다. 3상의 자극 신호들(CS1, CS2, CS3)의 논리에 기초하여, 모터의 상들(U, V, W)에 120도의 구형파 구동이 인가된다. 전력은 통상적으로 이 120도 기간동안 인가된다. 도 18은 3상 모터의 정현파 구동을 도시한다. 정현파 구동은, (a) CS 신호의 논리의 변화점과, (b) 별도로 장착된 인코터 등의 고 분해능의 위치 검출기에 의하여 생성되는 변화점으로부터의 위치 정보를 사용하여 모터의 상들(U, V, W)에 인가된다. 이 정현파 구동에서, 180도 기간동안 전력이 인가된다.

정현파 구동은 보다 작은 진동으로 효율적으로 모터를 구동시킬 수 있으므로, 바람직하다. 그러나, 상술된 바와 같이, CS 신호들은 모터를 단지 구형파 구동시키고, 따라서, 모터 제어 장치에는 모터가 정현파 구동을 하기 위해서 위치 정보를 획득하기 위한 인코더 등의 위치 검출기를 필요로 한다. 위치 검출기는 별도로 장착되어야 하여, 비용과 크기 면에서 모터 제어 장치에 불리하다. 인코더를 포함하는 모터 제어 장치라도, 개시에서 CS 신호의 제1 변화까지의 기간 동안 절대 위치가 검출될 수 없으므로, 모터를 초기 개시에서 구형파 구동시켜야 한다. 이 기간동안, 모터는 정현파 구동할 수 없고, 구현파 구동만이 가능하다.

일본국 특개평 제H10-201284호에, 모터의 일정 속도 구동에 의해 CS 신호의 논리의 변화점들 간의 간격들을 분할함으로써 정현파 구동이 가능하다는 것이 개시되어 있다. 간격들은 타이머에 의하여 측정되어, 측정된 값들에 의하여 간격들이 분할된다. 그러나, 이 방법은 모터 속도의 변화가 클 때나 천이 기간에는 사용될 수 없어서, 정현파가 지속될 수 없다.

본 발명은 상기 논의된 문제점을 제기하여,

(a) 모터;

(b) 상기 모터의 자속을 직접적으로 또는 간접적으로 검출하는 자속 검출 수단;

(c) 상기 검출된 자속량을 상기 모터의 위치로 변환하는 위치 검출 수단; 및

(d) 상기 위치 검출 수단에 의하여 검출된 위치를 이용하여 상기 모터를 정 현파 구동시키는 제어 수단을 구비하는 모터 제어 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 모터 제어 장치의 구성을 도시한다.

도 2는 자극 신호들의 예를 도시한다.

도 3은 자극 신호들과 모터 구동 파형들의 예를 도시한다.

도 4는 자극 신호들의 다른 예를 도시한다.

도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 모터 제어 장치의 구성을 도시한다.

도 6은 자극 신호들의 예를 도시한다.

도 7은 자극 신호들의 다른 예를 도시한다.

도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 모터 제어 장치의 구성을 도시한다.

도 9는 자극 신호들의 예를 도시한다.

도 10은 자속 매핑 장치에 의하여 보정된 자극 신호들의 예를 도시한다.

도 11은 위치 신호 변환기로부터 제공된 위치 정보의 에러의 예를 도시한다.

도 12는 본 발명의 제4 실시예에 따른 모터 제어 장치의 구성을 도시한다.

도 13은 본 발명의 제5 실시예에 따른 모터 제어 장치의 구성을 도시한다.

도 14는 자속 매핑 장치에 의하여 보정된 자극 신호들의 예를 도시한다.

도 15는 위치 신호 변환기로부터 제공된 위치 정보의 에러의 예를 도시한다.

도 16은 본 발명의 제6 실시예에 따른 모터 제어 장치의 구성을 도시한다.

도 17은 종래 기술의 자극 위치 센서의 파형과 구형파 구동을 도시한다.

도 18은 종래 기술의 자극 위치 센서의 파형과 정현파 구동을 도시한다.

본 발명의 실시예들은 첨부된 도면을 참조하여 이하에 설명된다.

제1 실시예

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 모터 제어 장치의 구성을 도시한다. 3상 동기 모터(100)에는, 모터의 자석의 자속을 검출하여, 각각 서로간의 위상차가 약 120도인 3상 정현파상 자극 신호들(CS1, CS2, CS3)를 출력하는 자속 검출기(102)가 설치되어 있다. 자속 검출기(102)는, 자극 신호들이 모터(100)의 선간(line-to-line) 유기 전압과 위상이 일치하게 되도록, 모터의 고정자 권선에 고정된다.

자극 신호들(CS1, CS2, CS3)은 모터의 위치를 구하기 위해서 위치 신호 변환기(110)에 입력된다. 변환기(110)는 자극 신호들의 아날로그 값들을 디지털 값들로 변환하여, 역삼각 함수 연산을 함으로써, 모터의 위치를 구한다. 역삼각 함수 연산은 자극 신호들(CS1, CS2, CS3) 중 임의의 하나를 사용하여 행해질 수 있으나, 도 2에 도시된 바와 같이, 각 신호들이 서로 교차하는 진폭의 절반보다 작은 영역을 사용하는 것이 보다 연산 정밀도를 향상시킨다. 보다 구체적으로는, 진폭의 절반의 임계값에서 자극 신호들을 스위칭함으로써 연산한 뒤, 자극 신호의 부호를 이용하여 자극 신호의 1 주기의 위치로 변환시킨다. 이 방법은, 역삼각 함수 연산에서 사용되는 테이블의 양을 유리하게 감소시킨다.

위치 신호 변환기(110)로부터의 위치 정보에 의해 도 3에 도시된 바와 같이, 3상들(상들 U, V, W)에 정현파 구동을 제공하는 것이 가능하다. 자극 신호들은, 이미 논의된 바와 같이, 선간 유기 전압과 위상이 일치한다. 따라서, 상들(U, V, W)의 상들이 도시된 바와 같이, 자극 신호들의 위상으로부터 30도 시프트되어, 상들(U, V, W)의 전류 파형들과 각 상들의 유기 전압들의 위상이 적절히 일치하는 관계에 있을 수 있다. 전압 구동의 경우에서, 전류의 위상이 전압과 적절히 일치할 수 있도록, 모터의 속도 또는 부하에 응답하여 전압의 위상이 진행된다.

미분기(108)는 위치 정보를 모터 속도로 변환시킨다. 속도 제어기(106)는 이 모터 속도가 명령된 속도를 추종할 수 있도록, 명령을 PWM(Pulse Width Modulation) 제어기(104)에 출력한다. 여기서 설명된 속도 제어뿐만 아니라, 위치 제어나 토크 제어도 가능하다. PWM 제어기(104)는, 제어 명령에 따라 모터(100)를 PWM 구동시킨다. PWM 구동이 필수적인 것은 아니나, 파워 오피 앰프에 의한 선형 구동도 가능하다.

상기 구성에 의해, 자속 검출기가 자속의 아날로그량을 검출할 수 있어서, 모터의 구동을 개시하는 턴-온부터 자극 위치를 모니터링할 수 있다. 그 결과, 모터가 초기 턴-온부터 정현파로 구동될 수 있다. 모터의 속도가, 예컨대 천이 응답 기간과 같이 크게 변할 때, 모터는 인코더와 같은 위치 검출기를 부가하지 않고, 정현파상 구동이 유지될 수 있다.

본 실시예에서, 3상 동기 회전 모터를 설명하였지만, 2상 모터, 스테핑 모터, 또는 선형 모터를 포함하는 다른 모터들도 정현파 구동될 수 있다. 본 실시예가 증명하는 바와 같이, 모터의 상(phase) 수는 자속 검출기들의 수와 항상 일치되 지 않는다. 예컨대, 도 4에 도시되는 바와 같이, 2상 자속 검출기가 사용될 수 있다. 이 검출기는 90도의 위상차를 가지는 정현파를 출력한다. 2상의 경우에서, 역삼각 함수 연산은 신호들(CS1 또는 CS2) 중 하나로 연산될 수 있으나, 각 자극 신호들이 서로 교차하는 진폭에 0.5의 제곱근을 곱한 값인 영역을 이용함으로써 연산 정밀도를 보다 향상시킨다. 다시 말하면, 진폭에 0.5의 제곱근을 곱한 값은, 자극 신호들이 계산을 위하여 스위칭되는 임계값으로서 사용된다.

자속 검출기는 모터의 자속을 항상 직접적으로 검출하지 않고, 자속을 간접적으로 검출할 수 있다. 다시 말하면, 센서 자석과 MR 센서를 포함하는 자속 검출기가 사용될 수 있다. 이 검출기는 모터의 자속과 동일한 주기를 가지는 정현파를 출력한다.

제2 실시예

제2 실시예에 따른 모터 제어 장치는, 3상 자극 신호들(CS1, CS2, CS3)에 인가된 3차 고조파 성분의 영향, 또는 각 신호들에서 오프셋에 의한 영향을 보정할 수 있다.

도 5은 본 발명의 제2 실시예에 따른 모터 제어 장치의 구성을 도시한다. 모터(100)에는, 모터의 자석의 자속을 검출하여, 서로간의 위상차가 각각 약 120도인 3상 정현파상 자극 신호들(CS1, CS2, CS3)을 출력하는 자속 검출기(102)가 설치되어 있다. 그러나, 자극 신호들의 실제 파형은, 도 6에 도시되는 바와 같이 3상들에서 각각 서로에게 유사한 오프셋들을 포함하거나, 신호들의 실제 파형들은 도 7에 도시된 바와 같이 신호들에 포함된 3차 고조파 성분들로 인하여 자주 왜곡되어 있다. 자극 신호들은 다음과 같은 방식으로 중성-점 보정기(200)에 의하여 보정된다.

자극 신호들(CS1, CS2, CS3)의 이상적인 형태들(CS1r, CS2r, CS3r)은, 신호들의 각 하나의 각도 θ와 진폭 "A"를 이용하여 다음과 같이 표시된다.

3개의 신호들의 총합은 영(zero)이다.

한편, 오프셋이나 3차 고조파 성분들의 진폭 "B"를 포함하는 실제 자극 신호들(CS1, CS2, CS3)은 다음 식으로 표현된다.

신호들의 평균:

이 CSave를 실제의 자극 신호들로부터 감산함으로써, 실제 신호들을 오프셋이나 3차 고조파 성분들이 제거된 이상적인 형태들(CS1r, CS2r, CS3r)이도록 보정 할 수 있다. 중성 점 보정기(200)는 이와 같이 보정된 자극 신호들의 이상적 형태들을 출력한다. 또한, 보정된 자극 신호들은 CSave를 사용하는 대신, 다음의 식들로부터 직접 구해질 수 있다.

위치 신호 변환기(110)는, 중성-점 보정기(200)로부터의 보정된 자극 신호들에 기초하여, 제1 실시예와 동일한 방식으로 역삼각 함수 연산에 의해 모터의 위치를 구하여, 위치 정보를 출력한다. 이 위치 정보에 기초하여, 미분기(108), 속도 제어기(106), 및 PWM 제어기(104)를 사용하여, 정현파 구동 및 속도 제어가 모터에 제공된다.

상기 구성에 의해, 모터는, 자속 검출기로 검출된 3상 자극 신호들에 오프셋이 있거나 신호들의 파형들을 왜곡시키는 3차 고조파 성분들이 있어도, 용이하게 보정할 수 있다. 그 결과, 모터는 초기 턴-온부터 정현파 구동될 수 있다. 모터의 속도가 천이 응답 기간과 같이 크게 변할 때, 모터는 인코터 등의 위치 검출기를 부가하지 않고, 저렴한 비용으로 용이하게 정현파 구동을 유지할 수 있다. 이 실시예는, 오프셋과 고조파 성분들 모두를 포함하는 신호들이 용이하게 보정될 수 있다는 것을 증명한다.

제3 실시예

제3 실시예에 따른 모터 제어 장치는, 자극 신호들 중 하나가 오프셋 또는 고차 고조파 성분을 포함하거나, 3상 자극 신호들 간의 위상차들 중 각 하나가 120도로부터 시프트되는 등의, 이상적 정현파로부터의 자극 신호들의 시프트의 영향을 억제할 수 있다. 따라서, 모터 제어기는 검출된 위치값들의 단조 증가성을 보증할 수 있다.

도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 모터 제어 장치의 구성을 도시한다. 모터(100)에는, 모터의 자석의 자속을 검출하여, 각각 서로간에 약 120도의 위상차를 가지는 3상 정현파상 자극 신호들(CS1, CS2, CS3)을 출력하는 자속 검출기(102)가 설치되어 있다. 신호들의 실제 파형들은, 도 9에 도시되는 바와 같이, 오프셋 또는 고조파 성분들을 포함하거나, 각 진폭들이 서로 상이하다. 자속 매핑 장치(300)는 다음 방식으로 자극 신호들의 왜곡에 의한 영향을 보정한다.

이상적 신호들(CS1r, CS2r, CS3r)의 각 제곱의 합(CSgain)은 다음 식으로 표현되는 바와 같이, 진폭(A)의 제곱에 1.5를 곱한 것과 동일하다.

한편, 실제 자극 신호들(CS1, CS2, CS3)은 진폭(A), 오프셋, 고조파 성분들, 및 위상 θ의 변화로 인하여 다음 식으로 표현된다.

3개의 자극 신호들 중 각각 하나는 CSgain(각 3개의 자극 신호들의 제곱합)의 제곱근으로 나누어, 도 10에 도시된 바와 같이, 3상들의 진폭이 일정한 3개의 신호들을 보정한다. 다시 말하면, 자속 매핑 장치(300)는 각 3개의 자극 신호들의 제곱의 합을 계산하여, 3개의 자극 신호들 중 각 하나를 그 제곱근으로 나눈다. 그 결과, 장치(300)는 각 3개의 자극 신호들의 제곱의 합이 일정해지도록 매핑하여, 원래 신호들의 왜곡에 의한 영향을 보정한다. 보정후의 진폭은 원래 신호의 진폭과 일치시킬 필요는 없고, 임의 값에 설정될 수 있다.

매핑 장치(300)로부터 제공된 보정된 신호들에 기초하여, 위치 신호 변환기(110)는 역삼각 함수 연산을 통하여 모터의 위치를 구하여, 위치 정보를 출력한다. 역삼각 함수 연산은 신호들(CS1, CS2, CS3) 중 하나로 연산될 수 있으나, 보정된 자극 신호들이 서로 교차하는 진폭의 절반 이하의 영역을 사용함으로써 연산 정밀도를 보다 향상시킨다. 보다 구체적으로는, 진폭의 절반의 임계값에서 자극 신호들을 스위칭하여, 자극 신호의 부호를 이용하여 자극 신호의 1 주기의 위치로 변환함에 의한 연산이 행해진다.

보정된 자극 신호들이 서로 교차하는 진폭의 절반 이하의 영역을 사용하는 경우에서, 제2 실시예에 기술된 중성 점 보정기(200)가 자속 검출기(102)와 자속 매핑 장치(300) 사이에 위치될 수 있다. 진폭의 절반의 임계값에서 자극 신호들을 스위칭함에 의한 연산이 수행되어도, 신호들의 왜곡의 영향을 보정함으로써 모터 제어 장치는 단조 증가를 보증할 수 있다. 이 방법은 역삼각 함수 연산에서 사용되는 테이블의 양을 유리하게 감소시킨다.

이것은 제1 실시예와 유사한 동작이다. 도 10은 매핑 장치(300)로 매핑된 신호들을 도시하고, 도 11은 도 10에 도시된 신호들로부터 변환된 위치 정보를 도 시한다. 이와 같이, 원래 신호가 왜곡을 포함하고 있어도, 왜곡에 의한 영향이 억제될 수 있어서, 보다 작은 에러를 가지는 위치 정보가 획득될 수 있다. 이 위치 정보에 기초하여, 미분기(108), 속도 제어기(106), 및 PWM 제어기(104)를 사용하여, 모터에 정현파 구동 및 속도 제어가 제공된다.

상기 구성에 의해, 모터 제어 장치는 자속 검출기로 검출된 3상 자극 신호들을 용이하게 보정할 수 있다. 따라서, 모터 제어 장치는 검출된 위치값들의 단조 증가를 보증할 수 있다. 그 결과, 모터는 초기 턴-온부터 정현파 구동될 수 있다. 모터가, 예컨대 천이 응답 기간과 같이 크게 변할 때, 모터는 인코터와 같은 위치 검출기를 부가하지 않고 저렴한 비용으로 용이하게 정현파 구동을 유지할 수 있다. 제3 실시예에서, 자극 신호는 3상 자극 신호들의 제곱의 합의 제곱근으로 나눔으로써, 모터의 위치를 구하나, 자극 신호의 제곱을 3상 자극 신호들의 제곱의 합으로 나누어, 모터 위치를 구할 수 있다.

제4 실시예

제4 실시예에 따른 모터 제어 장치는 3상 자극 신호들 중 임의의 2상들만의 자극 신호들을 검출하여, 모터를 정현파 구동시킬 수 있다.

도 12는 본 발명의 제4 실시예에 따른 모터 제어 장치의 구성을 도시한다. 모터(100)에는, 모터의 자석의 자속을 검출하여, 3상 자극 신호들(CS1, CS2, CS3) 중 임의의 2개의 신호들을 출력하는 자속 검출기(102)가 설치되어 있다. 정현파상 자극 신호들(CS1, CS2, CS3)은 각각 서로간에 약 120도의 위상차를 가지나, 이들은 다음의 3상/2상 변환에 의하여 위상차가 90도인 정현파상의 2상 신호들(CSa, CSb) 로 변환된다.

여기서, K는 임의의 상수이다.

제2 실시예에서 이미 논의된 바와 같이, 신호들(CS1, CS2, CS3)의 총합은 영(zero)이다. 따라서, 상기 식의 임의의 2개의 신호들의 검출에 의해 3상/2상 변환이 실행가능하다. 2상 변환기(4OO)는 3상 자극 신호들 중 아날로그값들의 임의의 2개의 자극 신호를 A/D 변환기에 취하여, 위상차가 90도인 2상 자극 정현파상 신호들(CSa, CSb)로 변환시킨다.

신호들(CS1, CS2, CS3)이 이상적인 정현파들로부터 크게 시프트되는 경우, 상기 식은 다음 식으로 변형되어, 2개의 자극 신호들의 합과 차를 이용할 수 있다. 이 방법은 시프트의 영향을 분산시킬 수 있다.

위치 신호 변환기(402)는, 변환기(400)에 의하여 변환된 신호들(CSa, CSb)에 기초하여 역삼각 함수 연산을 통하여 모터의 위치를 구하여, 위치 정보를 출력한 다. 역삼각 함수 연산은 신호(CSa) 또는 신호(CSb) 중 어느 하나에서 사용된다. 그러나, 각 신호들이 서로 교차하는 진폭에 0.5의 제곱근을 곱한 값보다 작은 영역에서 사용될 수 있다. 이 방법은 보다 연산 정밀도를 향상시킨다. 보다 구체적으로는, 진폭에 0.5의 제곱근을 곱한 값은 변환된 자극 신호들이 계산을 위하여 스위칭되는 임계값으로서 사용되며, 변환된 신호들(CSa, CSb)의 부호들은 자극 신호들의 1 주기의 위치로의 변환에 사용된다. 이 방법은 연산에 사용되는 테이블의 양을 감소시킨다. 위치 신호 변환기(402)로부터 공급된 위치 정보에 기초하여, 미분기(108), 속도 제어기(106), 및 PWM 제어기(104)를 사용하여, 모터에 정현파 구동 및 속도 제어가 제공된다. 이것은 제1 실시예와 유사하다.

상기 구성에 의해, 모터 제어 장치는 3상 자극 신호들 중 검출된 임의의 2개의 자극 신호들로 모터의 위치를 검출할 수 있다. 그 결과, 모터는 초기 턴-온부터 정현파 구동될 수 있다. 모터의 속도가, 예컨대 천이 응답 기간과 같이 크게 변할 때, 모터는 인코터 등의 위치 검출기를 부가하지 않고, 저가의 비용으로 용이하게 정현파 구동을 유지할 수 있다.

제5 실시예

본 발명의 제5 실시예에 따른 모터 제어 장치에 의해, 3상 자극 신호들 중 임의의 2상 자극 신호들을 검출함으로써 모터가 정현파 구동할 수 있다. 이것은 제4 실시예와 유사하다. 또한, 제5 실시예는 이상적 정현파들로부터 3상 신호들의 시프트로 인한 영향을 억제함으로써 검출된 위치값들의 단조 증가를 보증한다.

도 13은 본 발명의 제5 실시예에 따른 모터 제어 장치의 구성을 도시한다. 모터(100)에는, 모터의 자석의 자속을 검출하여, 각각 서로간에 위상차가 약 120도인 3상 정현파상 자극 신호들(CS1, CS2, CS3)을 출력하는 자속 검출기(102)가 설치되어 있다. 신호들의 실제 파형들은, 제3 실시예와 동일한 바와 같이 오프셋 또는 고조파 성분들을 포함하여, 도 9에 도시된 바와 같이 왜곡되어 있다.

2상 변환기(400)는 3상 자극 신호들(CS1, CS2, CS3) 중 임의의 2개의 신호들을, 위상차가 90도인 2상 정현파상 자극 신호들(CSa, CSb)로 변환시킨다. 이것은 제4 실시예와 유사하다. 3상 신호들의 왜곡은 신호들(CSa, CSb)의 파형들의 왜곡을 유발한다. 자속 매핑 장치(500)는 다음의 방식으로 왜곡의 영향을 보정한다.

2상 신호의 이상적인 형태는 자극 신호의 각도 θ와 진폭 A를 이용하여 다음 식으로 표현된다.

이들 2개의 신호들의 제곱의 합은 하기 식에 나타낸 바와 같이 진폭 "A"의 제곱이다.

한편, 실제의 신호들(CSa, CSb)에서, 각 진폭 변화와 오프셋 또는 고조파 성분들로 인한 시프트가 위상 시프트 외에 부가된다. 각 자극 신호들을 CSgain(2개의 신호들(CSar, CSbr)의 제곱의 합)의 제곱근으로 나누어, 도 14에 도시된 바와 같이, 신호들(CSa, CSb)이 일정한 진폭을 가지도록 보정된다. 다시 말하면, 매핑 장치(500)는 2상 자극 신호들의 제곱의 합을 구하여, 각 신호들을 이 합의 제곱근으로 나누어, 2상 신호들의 제곱의 합이 일정하게 유지되도록 2상 신호들을 매핑한다. 그 결과, 원래 신호들의 왜곡이 보정된다. 보정후 진폭들은 임의값에 설정될 수 있다.

위치 신호 변환기(402)는, 매핑 장치(500)에 의하여 보정된 신호들(CSa, CSb)에 기초하여, 역삼각 함수 연산을 통하여 모터의 위치를 구하여, 위치 정보를 출력한다. 이것은 제4 실시예와 유사하다. 이 연산은, 도 14에 도시되는 바와 같이, 진폭에 0.5의 제곱근을 곱한 값인 임계값에서 자극 신호들을 스위칭함으로써 수행된다. 매핑 장치(500)에 의한 왜곡 보정은 스위칭시라도 검출된 위치값들의 단조 증가를 보증한다. 도 14에서 매핑 장치(500)에 의하여 매핑된 신호들은 도 15에 도시된 바와 같이 위치 정보로 변환된다. 이와 같이, 원래 신호가 왜곡을 포함해도, 왜곡으로 인한 영향이 억제될 수 있어서, 보다 작은 에러를 가지는 위치 정보를 획득할 수 있다. 위치 신호 변환기(402)로부터의 위치 정보에 기초하여, 미분기(108), 속도 제어기(106), 및 PWM 제어기(104)를 사용하여 모터에 정현파 구동과 속도 제어가 제공될 수 있다. 이것은 제1 실시예와 유사하다.

상기 구성에 의해, 모터 제어 장치는, 이상적인 정현파로부터 시프트된 3상 자극 신호들 중 임의의 2개의 자극 신호들을 검출할 때, 시프트의 영향을 억제할 수 있다. 따라서, 제어 장치는 검출된 위치값들의 단조 증가를 보증할 수 있다. 그 결과, 모터는 초기 턴-온부터 정현파 구동될 수 있다. 모터의 속도가, 예컨대 천이 응답 기간과 같이 크게 변할 때, 모터는 인코터 등의 위치 검출기를 부가하지 않고 저가의 비용으로 용이하게 정현파 구동을 유지할 수 있다. 제5 실시예에서, 자극 신호는 2상 자극 신호들의 제곱의 합의 제곱근으로 나누나, 자극 신호의 제곱은 2상 자극 신호들의 제곱의 합으로 나눌 수 있다.

제6 실시예

이미 논의된 실시예들에 의하여 자극 신호에서 다른 자극 신호까지의 주기 내의 모터의 위치를 검출할 수 있다. 그러나, 모터의 고속 회전은 때로는 자극 신호를 검출하는 데 충분히 짧은 시간 간격을 제공하지 않는다. 이러한 경우에서, 위치 검출은 자극 신호의 주기의 정수배로 시프트한다. 제6 실시예에 따른 모터 제어 장치에 의하여 자극 신호를 검출하기 위한 긴 시간 간격에서도 위치 검출이 가능하다.

도 16은 본 발명의 제6 실시예에 따른 모터 제어 장치의 구성을 도시한다. 모터(100)에는, 모터의 자석의 자속을 검출하여, 각각 서로간에 위상차가 약 120도인 3상 정현파상 자극 신호들(CS1, CS2, CS3)을 출력하는 자속 검출기(102)가 설치되어 있다.

비교기(600)는 3상 자극 신호들(CS1, CS2, CS3) 중 임의의 2개의 신호들을 구형파로 변환시킨다. 업-다운 카운터인 카운터(602)는 비교기(600)가 출력하는 2개의 구형파들을 받아, 자극 신호들의 주기의 4체배의 값을 출력하고, 즉 주기당 4 카운트를 출력한다. 위치 신호 변환기(604)는, 자속 검출기(102)로 검출된 자극 신호들(CS1, CS2, CS3)에 제공된 역삼각 함수 연산에 의하여 구해진 모터 위치와, 카운터(602)로 카운트된 값들을 모두 사용하여 모터의 위치 신호를 구한다. 카운 터(602)의 출력-카운터수가 4 증가할 때 마다, 위치 신호 변환기(604)는 1주기 증가를 인식하여, 위치 정보를 출력한다. 이 방법에 의해, 모터가 고속으로 회전하고, 변환기(604)에 의한 신호 검출 주기가 자극 신호의 절반 주기보다 길어도, 자극 신호의 주기의 정수배로 위치 검출의 시프트없이 위치 신호를 검출할 수 있다.

위치 신호 변환기(604)로부터의 위치 정보는 미분기(108)에 의해 모터 속도로 변환되고, 속도 제어기(106)는, 모터 속도가 명령된 속도를 추종할 수 있도록 PWM(Pulse Width Modulation) 제어기(104)에 명령을 출력한다. 여기서 설명된 속도 제어뿐만 아니라, 위치 제어 또는 토크 제어도 제어가능하다.

상기 구성에 의해, 모터가 고속으로 회전하여, 자극 신호를 검출하는 데 충분히 작은 시간 간격을 제공하지 못하여도, 모터 제어 장치는 모터 위치를 검출할 수 있다.

본 발명의 모터 제어 장치는, 동기 모터를 개시시나 천이시에도 항상 정현파 구동시킬 수 있으므로, 상기 제어 장치는 동기 모터를 조용하고 진동이 보다 적게 구동시키는 데 적합하다.

Claims

회전자의 영구 자석측을 가지며, 모터를 구동시키기 위한 모터 제어 장치에 있어서,

(a) 영구 자석후 자속을 검출하여 자극 신호를 획득하는 자속 검출기(102);

(b) 상기 자극 신호에 기초하여 상기 회전자의 위치를 구하는 위치 신호 변환기(110, 402, 604);

(c) 상기 위치 신호 변환기에 의하여 속도 신호를 구하는 미분기(108);

(d) 상기 속도 신호와 소정 명령 속도를 비교하여, 명령 신호를 출력하는 속도 제어기(106); 및

(e) 상기 명령 신호에 따라 상기 모터의 PWM(Pulse Width Modulation) 구동을 수행하는 PWM 제어기(104)를 구비하며,

상기 PWM 제어기는 상기 모터를 정현파형 구동시키는 것을 특징으로 하는 모터 제어 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 자극 신호는 위상차가 120도인 3상 정현파 신호인 것을 특징으로 하는 모터 제어 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 자극 신호는 위상차가 90도인 2상 정현파 신호인 것을 특징으로 하는 모터 제어 장치.
제 2 항에 있어서, 상기 자극 신호를 보정하는 중성 점 보정기(200)를 더 구비하며,

상기 자극 신호는 상기 중성 점 보정기로 보정되어, 상기 위치 신호 변환기로 입력되는 것을 특징으로 하는 모터 제어 장치.
제 4 항에 있어서, 상기 중성 점 보정기는 상기 자극 신호의 합의 평균값을 계산하여, 각 상의 상기 자극 신호에서 상기 합의 상기 평균값을 빼는 것을 특징으로 하는 모터 제어 장치.
제 2 항에 있어서, 왜곡된 상기 자극 신호를 보정하는 자속 매핑 장치(300, 500)를 더 구비하고,

상기 자극 신호는 상기 자속 매핑 장치에 의하여 왜곡을 보정하여, 상기 위치 신호 변환기로 입력되는 것을 특징으로 하는 모터 제어 장치.
제 6 항에 있어서, 상기 자속 매핑 장치는 상기 자극 신호들의 각 신호를 상기 자극 신호들의 제곱의 합의 제곱근으로 나누는 것을 특징으로 하는 모터 제어 장치.
제 6 항에 있어서, 상기 자속 매핑 장치는 상기 자극 신호들의 각 신호의 제곱을 상기 자극 신호들의 제곱의 합으로 나누는 것을 특징으로 하는 모터 제어 장치.
제 2 항에 있어서, 상기 자극 신호를 보정하는 중성 점 보정기(200)와, 상기 중성 점 보정기의 왜곡된 신호를 보정하는 자속 매핑 장치(300, 500)를 더 구비하고,

상기 자극 신호는 상기 중성 점 보정기와 상기 자속 매핑 장치로 보정되어, 상기 위치 신호 변환기로 입력되는 것을 특징으로 하는 모터 제어 장치.
제 9 항에 있어서, 상기 위치 신호 변환기는 왜곡이 보정되었던 상기 자극 신호의 진폭의 절반 이하의 임계값을 사용하여 상기 자극 신호를 변환시키는 것을 특징으로 하는 모터 제어 장치.
제 2 항에 있어서, 2상 변환기(400)를 더 구비하고,

상기 2상 변환기는 위상차가 120도인 3상 정현파 신호를 위상차가 90도인 2상 정현파 신호로 변환시키는 것을 특징으로 하는 모터 제어 장치.
제 11 항에 있어서, 상기 2상 변환기는 상기 3상 정현파 신호의 임의의 2상의 상기 자극 신호들의 합과 차를 이용하여, 위상차가 90도인 2상 정현파 신호로 변환시키는 것을 특징으로 하는 모터 제어 장치.
제 11 항에 있어서, 왜곡된 상기 자극 신호를 보정하는 자속 매핑 장치(300, 500)를 더 구비하고,

상기 자극 신호는 상기 자속 매핑 장치에 의하여 왜곡을 보정하여, 상기 위치 신호 변환기로 입력되는 것을 특징으로 하는 모터 제어 장치.
제 13 항에 있어서, 상기 자속 매핑 장치는 상기 자극 신호들 중 각 신호를 상기 자극 신호들의 제곱의 합의 제곱근으로 나누는 것을 특징으로 하는 모터 제어 장치.
제 13 항에 있어서, 상기 자속 매핑 장치는 상기 자극 신호들 중 각 신호의 제곱을 상기 자극 신호들의 제곱의 합으로 나누는 것을 특징으로 하는 모터 제어 장치.
제 13 항에 있어서, 상기 위치 신호 변환기는 0.5의 제곱근에 왜곡이 보정되었던 상기 자극 신호의 진폭을 곱함으로써 획득된 임계값을 이용하여 상기 자극 신호를 변환시키는 것을 특징으로 하는 모터 제어 장치.
제 2 항에 있어서,

상기 자극 신호를 구형파로 변환시키는 비교기(600); 및

상기 비교기의 출력에 기초하여 상기 자극 신호의 주기의 배수를 출력하는 카운터(602)를 더 구비하며,

상기 위치 신호 변환기는 상기 자극 신호의 논리합과 상기 카운터의 출력을 이용하여 위치 정보를 구하는 것을 특징으로 하는 모터 제어 장치.
제 17 항에 있어서, 상기 비교기는 상기 자극 신호의 임의의 2상의 신호들을 입력하고, 상기 카운터는 상기 자극 신호의 주기의 4배값을 출력하는 것을 특징으로 하는 모터 제어 장치.