KR100635006B1 - System for driving a permanent magnet brushless direct currentPM BLDC motor and driving method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 3고조파를 이용한 PM BLDC 전동기의 구동 장치는, 단상 교류 전원을 입력받아 직류로 변환하여 출력하는 정류기; 정류기로부터 입력받은 직류 전원을 3상 교류 전원으로 변환하여 PM BLDC 전동기로 제공하는 인버터; 인버터와 PM BLDC 전동기를 연결하는 3상 라인의 각 상에 Y-결선으로 접속되며, PM BLDC 전동기의 제3고조파 전압을 검출하는 제3고조파 검출회로부; 인버터와 PM BLDC 전동기를 연결하는 3상 라인중의 임의의 2상에 접속되며, 그 접속된 2상의 전류를 검출하여 히스테리시스 전류를 제어하는 히스테리시스 전류 제어부; 상기 제3고조파 검출회로부 및 히스테리시스 전류 제어부로부터의 출력신호를 입력받아 추정 홀센서 신호를 발생하는 홀센서 신호 발생부; 홀센서 신호 발생부로부터의 출력신호를 입력받아 상기 인버터 내의 반도체 스위칭 소자의 게이트 단자를 구동시키기 위한 게이트 신호를 발생하는 게이트 드라이버; 및 상기 히스테리시스 전류 제어부 및 홀센서 신호 발생부와 전기적으로 연결되며, 상기 홀센서 신호 발생부의 구동 시작 신호를 출력하고, 홀센서 신호 발생부로부터의 홀센서 신호를 입력받아 PI제어 및 D/A 제어를 수행하며, 상기 히스테리시스 전류 제어부의 제어를 위한 제어신호를 출력하는 주제어부를 포함하여 구성된다.The drive device of the PM BLDC motor using the three harmonics according to the present invention, the rectifier for receiving a single-phase AC power to convert the DC to output; An inverter converting the DC power input from the rectifier into a three-phase AC power and providing the same to the PM BLDC motor; A third harmonic detection circuit unit connected to each of the three-phase lines connecting the inverter and the PM BLDC motor by Y-connections and detecting a third harmonic voltage of the PM BLDC motor; A hysteresis current control unit connected to any two phases of a three-phase line connecting the inverter and the PM BLDC motor, and detecting hysteresis current by detecting the connected two-phase currents; A Hall sensor signal generation unit receiving an output signal from the third harmonic detection circuit unit and the hysteresis current control unit and generating an estimated Hall sensor signal; A gate driver configured to receive an output signal from the hall sensor signal generator and generate a gate signal for driving a gate terminal of the semiconductor switching device in the inverter; And a hysteresis current controller and a hall sensor signal generator, electrically outputting a driving start signal of the hall sensor signal generator, and receiving a hall sensor signal from the hall sensor signal generator to control PI and D / A. And a main controller to output a control signal for controlling the hysteresis current controller.
Description
도 1은 본 발명에 따른 3고조파를 이용한 PM BLDC 전동기의 구동장치의 시스템 구성을 개략적으로 보여주는 도면.1 is a view schematically showing a system configuration of a driving device of a PM BLDC motor using three harmonics according to the present invention.
도 2는 본 발명에 따른 3고조파를 이용한 PM BLDC 전동기의 구동장치의 인버터의 내부 구성 및 제3고조파 검출 개요를 보여주는 도면.Figure 2 is a view showing the internal configuration and the third harmonic detection overview of the inverter of the drive device of the PM BLDC motor using three harmonics according to the present invention.
도 3은 본 발명에 따른 3고조파를 이용한 PM BLDC 전동기의 구동방법에 따라 제3고조파를 이용하여 전환신호를 생성하는 과정을 보여주는 도면.3 is a view showing a process of generating a switching signal using the third harmonic according to the driving method of the PM BLDC motor using the three harmonics according to the present invention.
도 4는 본 발명에 따른 3고조파를 이용한 PM BLDC 전동기의 구동장치에 있어서, 홀센서 신호 발생부 내부에 마련된 홀센서 신호 생성 회로(블럭) 구성을 보여주는 도면. 4 is a view illustrating a configuration of a hall sensor signal generation circuit (block) provided inside a hall sensor signal generator in a driving device of a PM BLDC motor using three harmonics according to the present invention;
도 5는 도 4의 홀센서 신호 생성 회로(블럭)에 의한 홀센서 신호 발생 알고리즘을 보여주는 도면.FIG. 5 is a diagram illustrating a Hall sensor signal generation algorithm by the Hall sensor signal generation circuit (block) of FIG. 4.
도 6은 본 발명에 따른 3고조파를 이용한 PM BLDC 전동기의 구동방법에 따라 홀센서 신호를 이용하여 6펄스 신호를 생성하는 과정을 보여주는 도면.6 is a view showing a process of generating a six-pulse signal using a Hall sensor signal according to the driving method of a PM BLDC motor using three harmonics according to the present invention.
도 7은 PM BLDC 전동기의 초기 구동 알고리즘을 보여주는 도면.7 shows an initial driving algorithm of a PM BLDC motor.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
110...정류기 120...인버터110
130...3고조파 검출회로부 140...히스테리시스 전류 제어부130 ... 3 Harmonic Detection Circuit Unit 140 ... Hysteresis Current Control Unit
150...홀센서 신호 발생부 160...게이트 드라이버150 ... hall
170...주제어부170.Main control unit
본 발명은 3고조파를 이용한 피엠 비엘디씨(PM BLDC: Permanent Magnet Brushless Direct Current; 이하 'PM BLDC'로 통칭함) 전동기의 구동장치 및 그 구동방법에 관한 것으로서, 특히 여러 가지 센서리스 구동방식 중에 단자 전압의 제3고조파 성분을 전동기의 구동을 위한 제어 메커니즘에 활용함으로써 필터에 의한 지연에 민감하지 않고, 넓은 속도 범위에서 좋은 수행능력을 가지는 3고조파를 이용한 PM BLDC 전동기의 구동장치 및 그 구동방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
오늘날 각종 산업기기 및 자동화기기에는 회전자가 영구자석으로 구성된 브러시리스 서보 전동기의 사용이 증가하고 있다. Today, the use of brushless servo motors in which rotors are composed of permanent magnets is increasing in various industrial and automation devices.
PM BLDC 전동기의 구동은 우선적으로 회전자의 위치를 알아야 한다. 영구자석으로 이루어진 회전자의 위치를 알기 위하여 주로 회전자 위치센서나 엔코더, 레졸버가 사용되어 PM BLDC 전동기의 상전류를 정류하는데 이용된다. 이러한 방식은 비용 상승, 부피 증대, 환경적 제약 등 여러 가지 문제점을 가지고 있다. 따라서, 최근에는 센서리스 구동방식으로의 연구가 활발히 진행되고 있는 실정이다. The operation of the PM BLDC motor must first know the position of the rotor. Rotor position sensor, encoder and resolver are mainly used to know the position of the rotor made of permanent magnets and are used to rectify the phase current of the PM BLDC motor. This approach has several problems, such as increased costs, increased volume, and environmental constraints. Therefore, in recent years, research into the sensorless driving method has been actively conducted.
본 발명은 이상과 같은 사항을 감안하여 창출된 것으로서, 여러 가지 센서리스 구동방식 중에 단자 전압의 제3고조파 성분을 전동기의 구동을 위한 제어 메커니즘에 활용함으로써 필터에 의한 지연에 민감하지 않고, 넓은 속도 범위에서 좋은 수행능력을 가지는 3고조파를 이용한 PM BLDC 전동기의 구동장치 및 그 구동방법을 제공함에 그 목적이 있다.
The present invention has been made in view of the above-mentioned matters, and by utilizing the third harmonic component of the terminal voltage in the control mechanism for driving the motor among various sensorless driving methods, it is not sensitive to delay caused by the filter and has a wide speed. It is an object of the present invention to provide a driving device and a driving method of a PM BLDC motor using three harmonics having good performance in a range.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 3고조파를 이용한 PM BLDC 전동기의 구동장치는,In order to achieve the above object, the drive device of a PM BLDC motor using three harmonics according to the present invention,
단상 교류 전원을 입력받아 직류로 변환하여 출력하는 정류기;A rectifier for receiving single-phase AC power and converting the signal into direct current;
상기 정류기로부터 입력받은 직류 전원을 3상 교류 전원으로 변환하여 PM BLDC 전동기로 제공하는 인버터;An inverter converting the DC power input from the rectifier into a three-phase AC power and providing the same to a PM BLDC motor;
상기 인버터와 PM BLDC 전동기를 연결하는 3상 라인의 각 상에 Y-결선으로 접속되며, PM BLDC 전동기의 제3고조파 전압을 검출하는 제3고조파 검출회로부; A third harmonic detection circuit unit connected to each of the phases of the three-phase line connecting the inverter and the PM BLDC motor and detecting a third harmonic voltage of the PM BLDC motor;
상기 인버터와 PM BLDC 전동기를 연결하는 3상 라인중의 임의의 2상에 접속되며, 그 접속된 2상의 전류를 검출하여 히스테리시스 전류를 제어하는 히스테리시 스 전류 제어부;A hysteresis current control unit connected to any two phases of a three-phase line connecting the inverter and the PM BLDC motor, and detecting hysteresis current by detecting the connected two-phase currents;
상기 제3고조파 검출회로부 및 히스테리시스 전류 제어부로부터의 출력신호를 입력받아 통상의 PM BLDC 전동기 내부에 부착된 홀 센서로부터 발생되는 신호와 동일한 추정 홀센서 신호를 발생하는 홀센서 신호 발생부;A Hall sensor signal generator which receives an output signal from the third harmonic detection circuit unit and a hysteresis current controller and generates an estimated Hall sensor signal identical to a signal generated from a hall sensor attached to a conventional PM BLDC motor;
상기 홀센서 신호 발생부로부터의 출력신호를 입력받아 상기 인버터 내의 반도체 스위칭 소자의 게이트 단자를 구동시키기 위한 게이트 신호를 발생하는 게이트 드라이버; 및 A gate driver configured to receive an output signal from the hall sensor signal generator and generate a gate signal for driving a gate terminal of a semiconductor switching element in the inverter; And
상기 히스테리시스 전류 제어부 및 홀센서 신호 발생부와 전기적으로 연결되며, 상기 홀센서 신호 발생부의 구동 시작 신호를 출력하고, 홀센서 신호 발생부로부터의 홀센서 신호를 입력받아 PI제어 및 D/A 제어를 수행하며, 상기 히스테리시스 전류 제어부의 제어를 위한 제어신호를 출력하는 한편 외부의 컴퓨터 시스템과PM BLDC 전동기의 구동과 관련한 정보를 교환하는 주제어부를 포함하여 구성된 점에 그 특징이 있다.It is electrically connected to the hysteresis current controller and the Hall sensor signal generator, and outputs the driving start signal of the Hall sensor signal generator, and receives the Hall sensor signal from the Hall sensor signal generator to perform PI control and D / A control. And a main controller for outputting a control signal for controlling the hysteresis current controller and exchanging information related to driving of the PM BLDC motor with an external computer system.
또한, 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 3고조파를 이용한 PM BLDC 전동기의 구동방법은, In addition, the method of driving a PM BLDC motor using three harmonics according to the present invention in order to achieve the above object,
입력 교류 전원을 직류로 변환 출력하는 정류기와, 정류기로부터 입력받은 직류 전원을 3상 교류 전원으로 변환 출력하는 인버터와, PM BLDC 전동기의 제3고조파를 검출하는 제3고조파 검출회로부와, PM BLDC 전동기로 입력되는 전류의 히스테리시스 전류를 제어하는 히스테리시스 전류 제어부와, 제3고조파를 이용하여 추정 홀센서 신호를 발생하는 홀센서 신호 발생부와, 인버터 내의 반도체 스위칭 소 자의 게이트 단자를 구동시키기 위한 게이트 신호를 발생하는 게이트 드라이버 및 홀센서 신호 발생부로부터의 홀센서 신호를 입력받아 PI 제어 및 D/A 제어를 수행하는 주제어부를 구비하는 3고조파를 이용한 PM BLDC 전동기의 구동장치에 의해 PM BLDC 전동기를 구동하는 방법에 있어서,A rectifier for converting and outputting an input AC power into a DC, an inverter for converting and outputting a DC power input from the rectifier into a three-phase AC power, a third harmonic detection circuit for detecting a third harmonic of a PM BLDC motor, and a PM BLDC motor A hysteresis current controller for controlling the hysteresis current of the inputted current, a Hall sensor signal generator for generating an estimated Hall sensor signal using the third harmonic, and a gate signal for driving the gate terminal of the semiconductor switching element in the inverter. The PM BLDC motor is driven by a drive device of a PM BLDC motor using three harmonics, which has a main controller that receives a generated gate driver and a Hall sensor signal from the Hall sensor signal generator and performs PI control and D / A control. In the method,
a) 상기 PM BLDC 전동기 내부의 중성점과 상기 제3고조파 검출회로부의 Y-결선의 중성점 간의 전압을 측정함으로써 PM BLDC 전동기의 제3고조파 전압을 검출하는 단계; a) detecting a third harmonic voltage of the PM BLDC motor by measuring a voltage between the neutral point inside the PM BLDC motor and the neutral point of the Y-connection of the third harmonic detection circuit portion;
b) 상기 검출된 제3고조파 전압을 상기 홀센서 신호 발생부에 의해 적분하여 90°지연된 파형을 얻고, 이를 다시 영전압 검출회로를 거쳐 전환신호(commutation signal)를 생성하는 단계;b) integrating the detected third harmonic voltage by the Hall sensor signal generator to obtain a 90 ° delayed waveform, and again generating a commutation signal through a zero voltage detection circuit;
c) 상기 생성된 전환신호를 이용하여 상기 홀센서 신호 발생부에 의해 PM BLDC 전동기의 각 상의 추정 홀센서 신호를 생성하는 단계; c) generating an estimated Hall sensor signal of each phase of the PM BLDC motor by the Hall sensor signal generator using the generated switching signal;
d) 상기 생성된 각 상의 추정 홀센서 신호를 이용하여 상기 홀센서 신호 발생부에 의해 6펄스 신호를 생성하는 한편 상기 게이트 드라이버의 구동을 위한 신호를 출력하는 단계; 및 d) generating a six-pulse signal by the Hall sensor signal generator using the estimated Hall sensor signal of each phase and outputting a signal for driving the gate driver; And
e) 상기 생성된 6펄스 신호를 이용하여 상기 주제어부에 의해 PM BLDC 전동기의 회전자의 위치 및 속도를 판별하는 한편, PI 제어 및 D/A 제어를 수행하여 상기 히스테리시스 전류 제어부의 제어를 위한 신호를 출력함으로써 PM BLDC 전동기를 구동하는 단계를 포함하는 점에 그 특징이 있다. e) using the generated 6-pulse signal to determine the position and speed of the rotor of the PM BLDC motor by the main controller, while performing PI control and D / A control to control the hysteresis current control unit It is characterized in that it comprises the step of driving the PM BLDC motor by outputting.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 따른 3고조파를 이용한 PM BLDC 전동기의 구동장치의 시스템 구성을 개략적으로 보여주는 도면이다. 1 is a diagram schematically illustrating a system configuration of a driving device of a PM BLDC motor using three harmonics according to the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 3고조파를 이용한 PM BLDC 전동기의 구동 장치는 정류기(110), 인버터(120), 제3고조파 검출회로부(130), 히스테리시스 전류 제어부(140), 홀센서 신호 발생부(150), 게이트 드라이버(160), 주제어부(170)를 포함하여 구성된다. Referring to FIG. 1, a driving device of a PM BLDC motor using three harmonics according to the present invention includes a
상기 정류기(110)는 단상 교류 전원(100)을 입력받아 직류로 변환하여 출력한다. 이와 같은 정류기(110)는 4개의 다이오드로 이루어진 브리지 회로로 구성될 수 있다. The
상기 인버터(120)는 상기 정류기(110)로부터 입력받은 직류 전원을 3상 교류 전원으로 변환하여 PM BLDC 전동기(135)로 제공한다. 이 인버터(120)는 도 2에 도시된 바와 같이, 6개의 반도체 스위칭 소자(예를 들면, IGBT)에 다이오드가 각각 역방향 병렬접속된 6개의 단위 스위칭 회로(SW1∼SW6)의 직/병렬 조합회로로 구성될 수 있다. The
상기 제3고조파 검출회로부(130)는 상기 인버터(120)와 PM BLDC 전동기(135)를 연결하는 3상 라인의 각 상에 Y-결선으로 접속되며, PM BLDC 전동기(135)의 제3고조파 전압을 검출한다. 이 제3고조파 검출회로부(130)는 동일한 값을 가지는 저항 3개를 상기 인버터(120)와 PM BLDC 전동기(135)를 연결하는 3상 라인의 각 상에 Y-결선으로 접속하여 이루어진다. The third
상기 히스테리시스 전류 제어부(140)는 상기 인버터(120)와 PM BLDC 전동기 (135)를 연결하는 3상 라인중의 임의의 2상에 접속되며, 그 접속된 2상의 전류를 검출하여 히스테리시스 전류를 제어한다.The hysteresis
상기 홀센서 신호 발생부(150)는 상기 제3고조파 검출회로부(130) 및 히스테리시스 전류 제어부(140)로부터의 출력신호를 입력받아 통상의 PM BLDC 전동기 내부에 부착된 홀 센서로부터 발생되는 신호와 동일한 추정 홀센서 신호를 발생한다. 여기서, 이와 같은 홀센서 신호 발생부(150)는 EPLD(Erasable Programmable Logic Device)로 구성되며, 비록 본 도면에는 상세하게 도시되지는 않았지만, 그 내부에는 인버터 스위칭 부분과, 상기 제3고조파 검출회로부(130)에 의해 검출된 3고조파 신호를 이용하여 각 상의 홀센서 신호를 생성하는 부분과, 생성된 홀센서 신호를 이용하여 60°간격으로 펄스가 발생되도록 하는 6펄스 발생부분이 마련된다. The hall sensor
상기 게이트 드라이버(160)는 상기 홀센서 신호 발생부(150)로부터의 출력신호를 입력받아 상기 인버터(120) 내의 반도체 스위칭 소자의 게이트 단자를 구동시키기 위한 게이트 신호를 발생한다.The
상기 주제어부(170)는 상기 히스테리시스 전류 제어부(140) 및 홀센서 신호 발생부(150)와 전기적으로 연결되며, 상기 홀센서 신호 발생부(150)의 구동 시작 신호를 출력하고, 홀센서 신호 발생부(150)로부터의 홀센서 신호를 입력받아 PI (proportional and Integral) 제어 및 D/A(digital-to-analog) 제어를 수행하며, 상기 히스테리시스 전류 제어부(140)의 제어를 위한 제어신호를 출력하는 한편 외부의 컴퓨터 시스템(175)과 PM BLDC 전동기(135)의 구동과 관련한 정보를 교환한다. 여기서, 이와 같은 주제어부(170)에는 기준 속도와 실제 측정 속도를 입력받아 PI(proportional and Integral) 제어를 수행하는 PI 제어기(172)와, PI 제어기(172)의 출력을 입력받아 D/A(digital-to-analog) 제어를 수행하는 D/A 제어기(174)와, 상기 홀센서 신호 발생부(150)로부터의 홀센서 신호를 이용하여 생성한 6펄스를 입력받아 PM BLDC 전동기(135)의 실제 속도를 계산해 내는 카운터(176)가 내장된다. The
그러면, 이상과 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 3고조파를 이용한 PM BLDC 전동기의 구동장치에 의한 PM BLDC 전동기의 구동방법에 대하여 설명해 보기로 한다. Then, the driving method of the PM BLDC motor by the driving device of the PM BLDC motor using the three harmonics according to the present invention having the configuration as described above will be described.
PM BLDC 전동기(135)의 구동을 위해서는 우선 전동기(135)의 회전자의 위치를 검출해야 한다. 회전자의 위치를 검출하기 위한 종래의 통상적인 방식은 PM BLDC 전동기(135) 내부에 홀센서를 설치하거나, 기타 엔코더나 레졸버 등을 이용하였다. 그러나, 본 발명에서는 전술한 바와 같이, 그와 같은 별도의 회전자 위치 감지 수단을 이용하는 것이 아니라 PM BLDC 전동기(135)의 제3고조파 전압 성분을 이용하여 회전자의 위치를 간접적으로 검출하는 방식을 취한다. In order to drive the
따라서, 먼저 제3고조파 전압 성분을 검출하게 되는데, 이를 위해 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 PM BLDC 전동기(135) 내부의 중성점(m)과 상기 제3고조파 검출회로부(130)의 Y-결선의 중성점(n) 간의 전압(Vmn)을 측정함으로써 PM BLDC 전동기(135)의 제3고조파 전압을 검출한다.Therefore, first, the third harmonic voltage component is detected. For this purpose, as shown in FIG. 2, the neutral point m inside the
여기서, 단자 n의 전압 Vn의 분석을 위하여 키르히호프의 전압방정식(KVL)을 적용하면 다음과 같다.Here, Kirchhoff's voltage equation (KVL) is applied to analyze the voltage Vn of the terminal n as follows.
또한, 상기 도 2로부터 는 다음과 같이 나타낼 수 있다.In addition, from FIG. Can be expressed as:
상기 수학식 1 및 수학식 2를 정리하면 다음과 같다.
이상과 같이 하여 얻어진 제3고조파 전압 성분은 회전자의 위치 정보를 가지고 있다.The third harmonic voltage component obtained as described above has the position information of the rotor.
따라서, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 검출된 제3고조파 전압을 상기 홀센서 신호 발생부(150)에 의해 적분하여 90°지연된 파형(적분신호 파형)을 얻고, 이를 다시 영전압 검출회로를 거쳐 전환신호(commutation signal)를 생성한다. Accordingly, as shown in FIG. 3, the detected third harmonic voltage is integrated by the Hall
이렇게 하여 전환신호가 생성되면, 그 생성된 전환신호를 이용하여 상기 홀센서 신호 발생부(150)에 의해 PM BLDC 전동기(135)의 각 상의 추정 홀센서 신호(HA,HB,HC)를 생성한다. 즉, 도 4에 도시된 바와 같은 홀센서 신호 발생부(150) 내부에 마련되어 있는 존슨 카운터를 이용한 홀센서 생성 회로(블록도) 및 도 5에 도시된 바와 같은 EPLD를 이용한 홀센서 신호 발생 알고리즘에 의해 최종적으로 각 상의 추정 홀센서 신호(HA,HB,HC)를 생성하는 것이다. When the switching signal is generated in this way, the Hall
이상에 의해 각 상의 추정 홀센서 신호(HA,HB,HC)가 생성되면, 도 6에 도시된 바와 같이, 그 생성된 각 상의 추정 홀센서 신호(HA,HB,HC)를 이용하여 상기 홀센서 신호 발생부(150)에 의해 6펄스 신호를 생성하는 한편, 상기 게이트 드라이버(160)의 구동을 위한 신호를 출력한다. 즉, 상기 도 4의 홀센서 생성 회로(블록)에서 생성된 홀센서 신호를 이용하여 각 신호의 상승시간과 하강시간을 검출하여 60°마다 펄스를 발생하여 회전자의 360° 1회전당 6개의 펄스 신호를 발생하는 것이다. When the estimated Hall sensor signals H A , H B and H C of each phase are generated by the above, as shown in FIG. 6, the estimated Hall sensor signals H A , H B , H C of the generated phases of each phase are generated. By generating a six-pulse signal by the Hall
이렇게 하여 6펄스 신호가 생성되면, 그 생성된 6펄스 신호를 이용하여 상기 주제어부(170)에 의해 PM BLDC 전동기(135)의 회전자의 위치 및 속도를 판별하는 한편, PI 제어 및 D/A 제어를 수행하여 상기 히스테리시스 전류 제어부(140)의 제어를 위한 신호를 출력함으로써 PM BLDC 전동기(135)를 구동한다.When the 6-pulse signal is generated in this way, the position and speed of the rotor of the
여기서, 이상과 같은 본 발명의 PM BLDC 전동기(135)의 구동방법과 관련하여, PM BLDC 전동기(135)의 본격적인 구동에 앞서 PM BLDC 전동기(135)의 초기 구동 방법에 대하여 설명을 부가해 보기로 한다.Here, in relation to the driving method of the
상기 PM BLDC 전동기(135)의 센서리스 운전에서 하나의 문제점은 정지상태에서 초기 회전자의 위치를 알 수 없다는 점이다. 초기 회전자 위치를 검출하기 위한 방법으로 본 발명에서는 두 상을 강제로 여자시켜 회전자가 어떤 위치에 있든지 지정한 위치로 정렬하도록 하는 강제정렬의 방법을 사용하였다. 강제 정렬시 주의해야할 점은 전동기의 관성, 부하의 크기 등을 고려하여 필요시 충분한 정렬시간을 할당해 주어야 다음 단계를 진행할 수 있게 된다. One problem in the sensorless operation of the
그러나, 필요 이상으로 너무 오랫동안 강제정렬을 수행시키거나, 필요 이상의 전압을 인가하여 강제정렬을 하는 경우 고정자 권선에 과도한 전류가 흘러 영구자석 회전자가 감자될 소지가 있으므로, 실험을 통해 적절한 강제정렬 지속시간을 선정해야 한다.However, if the forced alignment is performed for longer than necessary or if forced alignment is applied by applying more voltage than necessary, the permanent magnet rotor may be depleted due to excessive current flowing through the stator winding. Should be selected.
강제정렬이 정상적으로 수행된 경우 회전자는 지정된 상에 정렬되어 있으며, 제어기는 다음 상을 순차적으로 여자시켜 줌으로써 운전하게 된다. 본 발명의 센서리스 운전에서 일정 속도에 도달하기 전까지는 검출된 신호로 센서리스 운전을 하는 것이 불안정하기 때문에 안정된 회전자 위치정보 신호를 검출할 수 있는 영역까지의 가속은 필수적이다. 이러한 가속행위를 동기가속(synchronous acceleration)이라고 하며, 최초의 동기가속은 강제정렬 상을 기준으로 진행되고, 가속도의 상태 및 속도에 따라 증가해 주어야 하는 입력전압은 실험을 통해 얻어진 결과를 바탕으 로 사용자가 미리 지정해 주어야 한다. When forced alignment is normally performed, the rotor is aligned with the designated phase, and the controller operates by exciting the next phase sequentially. In the sensorless operation of the present invention, since the sensorless operation is unstable with the detected signal until reaching a certain speed, acceleration to an area where a stable rotor position information signal can be detected is essential. This acceleration behavior is called synchronous acceleration. The initial synchronous acceleration is based on the forced alignment phase, and the input voltage that should be increased according to the acceleration state and speed is based on the results obtained through experiments. You must specify this in advance.
특히, 동기가속 중 부하의 급격한 변화가 발생하는 경우 동기가속이 실패하거나 동기가속 자체가 불가능해지는 경우가 발생할 수 있다. 따라서, 다양한 환경에서 실험을 반복하여 최대한 넓은 부하영역을 극복하도록 가속 알고리즘이 작성되어야 한다. In particular, when a sudden change in load occurs during synchronous acceleration, synchronous acceleration may fail or synchronous acceleration itself may become impossible. Therefore, the acceleration algorithm should be written to repeat the experiment in various environments to overcome the widest load area.
도 7은 PM BLDC 전동기의 초기 구동 알고리즘을 보여주는 도면이다.7 is a diagram illustrating an initial driving algorithm of a PM BLDC motor.
도 7을 참조하면, PM BLDC 전동기의 초기 구동은 3개의 동작모드, 즉 mode 1, mode 2 및 mode 3으로 구성된다. Referring to FIG. 7, the initial driving of the PM BLDC motor is composed of three operation modes, namely,
상기 mode 1은 초기 정렬 모드로 두 상을 강제로 여자시켜 회전자가 어떤 위치에 있든지 지정한 상으로 정렬하도록 하는 강제정렬의 모드이다.
상기 mode 2는 동기가속 모드로 강제정렬이 정상적으로 수행된 경우 회전자는 지정된 상에 정렬되어 있으며, 제어기는 다음 상을 순차적으로 여자시켜 줌으로써 운전을 시작하게 된다. 본 발명의 센서리스 운전에서 일정 속도에 도달하기 전까지는 간접 검출한 신호로 센서리스 운전을 하는 것이 불가능하기 때문에 신뢰성 있는 회전자 위치정보 신호를 검출할 수 있는 영역까지 가속하는 모드이다.In the mode 2, when the forced alignment is normally performed in the synchronous acceleration mode, the rotor is aligned with the designated phase, and the controller starts the operation by exciting the next phase sequentially. In the sensorless operation of the present invention, since it is impossible to perform the sensorless operation with the indirectly detected signal until a certain speed is reached, it is a mode for accelerating to an area where a reliable rotor position information signal can be detected.
상기 mode 3은 본 발명의 전동기 구동방법에 따라 검출된 3고조파에 의해 생성된 전환신호와, 그 전환신호를 이용하여 생성된 홀센서(Hall-ICs) 신호를 이용하여 PM BLDC 전동기를 구동하는 모드이다.
이상의 설명에서와 같이, 본 발명에 따른 3고조파를 이용한 PM BLDC 전동기의 구동장치 및 그 구동방법은 PM BLDC 전동기 내부에 홀센서를 설치하여 그 홀센서에 의한 검출신호를 이용하는 것이 아니라, 전동기의 제3고조파 전압을 검출하여 그것을 이용하여 실제의 홀센서에 의한 검출신호에 대응하는 추정 홀센서 신호를 생성하여 회전자 위치를 판별하는 한편 전동기의 속도 제어에 이용하므로, 다음과 같은 장점 및 효과를 갖는다.As described above, the driving device of the PM BLDC motor using three harmonics and the driving method thereof according to the present invention do not install a hall sensor inside the PM BLDC motor and use the detection signal by the hall sensor. 3 Harmonic voltage is detected and used to generate an estimated Hall sensor signal corresponding to the detected signal by the Hall sensor to determine the rotor position and to control the speed of the motor. .
첫째, 기존에 속도 제어를 위해 필요로 했던 홀센서(Hall-ICs)를 사용하지 않아도 되므로, 전체적인 구동 회로의 가격을 낮출 수 있는 장점이 있다. First, since Hall sensors (Hall-ICs), which were previously required for speed control, are not required, there is an advantage of lowering the overall driving circuit price.
둘째, 제3고조파 신호를 이용한 센서리스로 운전하는 방식은, 상지연 필터가 필요하지 않고 하드웨어적으로 전류의 전환 시점이 결정되므로, 센서리스 드라이브용 프로세서의 부담을 줄일 수 있다. Second, the sensorless operation using the third harmonic signal does not require a phase delay filter and determines the switching time of the current in hardware, thereby reducing the burden on the sensorless drive processor.
셋째, 역기전력 파형과 상전류가 비교적 정확한 동기를 유지할 수 있으므로, 넓은 속도 범위에서 안정적인 센서리스 운전이 가능하다. Third, since the counter electromotive force waveform and the phase current can maintain a relatively accurate synchronization, stable sensorless operation is possible in a wide speed range.
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