KR100645363B1

KR100645363B1 - 무브러시 모터의 제어장치 및 이 모터를 사용한 기기

Info

Publication number: KR100645363B1
Application number: KR1019990008600A
Authority: KR
Inventors: 가와바타유키오; 노토하라야스오; 다하라카즈오
Original assignee: 가부시끼가이샤 히다치 세이사꾸쇼
Priority date: 1998-03-23
Filing date: 1999-03-15
Publication date: 2006-11-14
Also published as: DE69914242T2; US20010004197A1; US6191545B1; KR19990077880A; EP0945974A2; US6337548B2; EP0945974B1; EP0945974A3; CN1230047A; DE69914242D1; CN1084081C

Abstract

무브러시 모터의 제어장치 및 이 모터를 사용한 기기에 관한 것으로써, 무브러시 모터에 대해 회전자의 자극위치 검출정밀도가 높고 정확한 제어를 실행할 수 있는 무브러시 모터의 제어장치를 제공하기 위해, 무브러시 모터의 여러개의 상의 고정자 권선의 단자전압에 따른 검출전압을 발생하는 전압검출수단, 기준전압을 발생하는 기준전압 발생수단, 검출전압과 기준전압을 비교하여 비교결과 정보신호를 출력하는 비교수단, 이 비교결과 정보신호에 따라 무브러시 모터의 회전자의 회전위치를 검출하고 이 회전위치에 따라 고정자 권선에 대한 통전신호를 발생하는 제어수단 및 이 통전신호에 따라 고정자 권선에 통전하는 출력수단을 구비한 무브러시 모터의 제어장치에 있어서 제어수단은 비교결과 정보신호에 따라 PWM 신호의 온기간 또는 오프기간을 추출하는 구성으로 하였다.

이와 같이 하는 것에 의해, 무브러시 모터에 대해 회전자의 자극위치 검출정밀도가 높아 정확한 제어를 실행할 수 있다는 효과가 얻어진다.

교류전원, 정류회로, 평활회로, 인버터 회로, 무브러시 모터

Description

무브러시 모터의 제어장치 및 이 모터를 사용한 기기{CONTROLLER OF BRUSHLESS MOTOR AND EQUIPMENT FOR USING THE SAME}

도 1은 본 발명의 무브러시 모터 구동장치의 1실시예를 도시한 블럭도,

도 2는 도 1에 도시한 무브러시 모터 구동장치에 있어서의 게이트 신호 작성 회로의 블럭도,

도 3은 도 1에 도시한 무브러시 모터 구동장치에 있어서의 위치 검출 회로에 관한 각 신호파형을 도시한 도면,

도 4는 도 1에 도시한 무브러시 모터 구동장치에 있어서의 제어회로가 실시하는 처리 흐름도,

도 5는 도 1에 도시한 무브러시 모터 구동장치에 있어서의 위치 검출 회로에 관한 PWM 제어의 통류율 100% 미만일 때의 각 신호 파형을 도시한 도면,

도 6은 도 1에 도시한 무브러시 모터 구동장치에 있어서의 위치 검출 회로에 관한 PWM 제어의 통류율 100% 및 PAM 제어시의 각 신호 파형을 도시한 도면,

도 7은 통전전환 후의 환류전류가 흐르고 있는 기간이 긴 경우의 각 신호파형을 도시한 도면,

도 8은 무브러시 모터의 운전효율 특성도,

도 9는 무브러시 모터의 속도 특성도.

[부호의 설명]

1…교류전원, 2…정류회로, 3…평활회로, 4…인버터 회로, 5…무브러시 모터, 6…제어회로, 7…드라이버, 8…단자 전압 검출기, 8a…검출전압, 9…위상 신호 생성회로, 9a…위상신호, 10…비교회로, 10a, 10b…비교 결과 정보 신호, 11…지연회로, 12…선택 유지 회로, 13…게이트 신호 작성 회로, 13a…게이트신호.

본 발명은 무브러시 모터의 회전속도를 원하는 회전속도로 제어하는 제어장치 및 이 제어장치를 사용해서 압축기나 송풍기 구동용의 무브러시 모터를 제어하여 실내의 공기조화를 실행하는 공기조화기, 압축기나 송풍기 구동용의 무브러시 모터를 제어하여 냉동을 실행하는 냉동기, 교반날개나 탈수조 구동용의 무브러시 모터를 제어하여 의류를 세탁하는 세탁기에 관한 것이다.

영구자석 회전자와 고정자 권선을 조합한 무브러시 모터는 관리(maintenance)가 용이하다는 점에서 공조기, 냉동기, 세탁기 등에 채용되고 있다.

이 무브러시 모터의 구동제어는 회전자의 자극위치와 통전할 고정자 권선의 위치를 밀접하게 관련지어 실행하는 것이 필요하다. 회전자의 자극위치의 검출에는 홀소자 등의 회전자 위치 검출 센서를 사용하지 않고 회전자 자극과의 상호작용에 의해 고정자 권선으로 유기되는 역기전압을 이용하여 상기 회전자의 자극위 치를 검출하는 무센서 위치 검출 방식이 채용되고 있다.

이와 같은 회전자 위치 검출 방식을 채용한 무브러시 모터 구동장치로서는 예를 들면, 일본국 특허공개공보 평성7-147793호 등에 기재된 무브러시 모터 구동장치가 있다. 이 무브러시 모터 구동장치는 직류전원에서 출력되는 직류전압을 인버터 회로를 거쳐 무브러시 모터의 고정자 권선으로 공급하고 있다. 단자전압 검출기는 무브러시 모터의 고정자 권선의 단자전압을 분압하여 검출전압으로써 추출하고 이것을 비교회로에 입력한다. 비교회로는 이 검출전압을 기준전압과 비교하여 위상신호를 출력한다.

그리고, 제어장치는 펄스폭 변조(PWM)신호발생 회로로부터의 PWM신호 PS에 따라 상기 PWM신호 PS가 온(ON)에서 오프(OFF)로 변화하는 타이밍 이후에서 래치동작하도록 래치 타이밍 신호 생성회로에 의해 래치 타이밍 신호 LS를 생성하고, 고정자 권선의 단자전압에 진동이 발생한 경우에도 그 진동에 영향을 받지 않고 비교회로로부터의 위상신호를 래치회로에 의해 래치하여 위치 검출 신호를 얻도록 하는 것이다.

이와 같은 종래의 무브러시 모터 구동장치에 있어서 래치회로의 출력신호는 비교회로에서 출력되는 위상신호로로부터 시간만큼 지연된 것으로 되고, 이에 따라 얻어지는 회전자 자극의 검출위치는 회전자 자극의 실제 위치에서 대폭 어긋난 것으로 된다.

이와 같이, 위치 검출 신호의 검출 타이밍이 대폭으로 어긋난 경우에는 무브 러시 모터의 고정자 권선 전류의 전류(통전) 위상이 지연되고, 전류의 상승이 지연됨과 동시에 권선전류의 전환직전에 전류가 폭등하는 형태로 되어 효율의 저하와 전류의 폭등으로 의한 구동회로로의 부담증가에 의해 회로요소의 전류용량의 증가가 필요하게 되어 비용상승으로 이어지거나 또는 래치 타이밍시에 외란 노이즈에 의해 비교회로의 출력신호에 노이즈가 중첩되어 있던 경우에는 본래의 위치 검출 신호에서 대폭으로 어긋난 위상신호를 래치하게 되어 무브러시 모터를 정상으로 구동할 수 없어 진동하거나 정지한다는 과제가 있다.

또, 이와 같은 종래의 무브러시 모터 구동장치에는 PWM신호 PS가 온에서 오프로 변화하는 타이밍 이후에 래치동작을 실행하는 것이기 때문에 PWM제어에 있어서의 통류율이 100%인 경우에는 그 래치회로의 게이트 신호를 정의할 수 없거나 또는 소위 PAM제어 등의 통류율100%에 있어서의 게이트 신호를 정의할 수 없다는 과제가 있다.

본 발명의 목적은 무브러시 모터에 대해 회전자의 자극위치 검출정밀도가 높고, 정확한 제어를 실행할 수 있는 무브러시 모터의 제어장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 노이즈에 의한 위치 검출 에러를 경감하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 노이즈에 의한 통전 오동작을 경감할 수 있는 무브러시 모터의 제어장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 제어범위를 확장할 수 있는 무브러시 모터의 제어장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 무브러시 모터를 효율 중시 특성으로 운전제어하 거나 또는 고속도 중시 특성으로 운전제어할 수 있는 제어장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 넓은 제어범위의 무브러시 모터의 제어장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 통전 전환 후의 환류전류가 흐르고 있는 기간이 매우 긴 경우에도 무브러시 모터를 정지시키지 않고 양호한 제어를 실행할 수 있는 무브러시 모터의 제어장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 이와 같이 제어되는 무브러시 모터를 동력원으로 하는 기기, 특히 공기조화기, 냉동기, 세탁기를 제공하는 것이다.

본 발명에 관한 무브러시 모터의 제어장치는 각 상(相)의 고정자 권선의 단자전압에 따라 회전자 자극의 위치를 검출하여 상기 고정자 권선으로의 통전을 제어하는 무브러시 모터의 제어장치에 있어서, 상기 단자전압에 따른 검출전압을 기준전압과 비교한 비교 결과 정보신호에 따라 PWM 신호의 온·오프 기간을 추출하는 것이다.

또, 본 발명에 관한 무브러시 모터의 제어장치는 고정자 권선의 단자전압에 따라 추출한 PWM신호의 온기간에는 상기 비교결과 정보신호를 그대로 위상신호로써 출력하고, 오프기간에는 오프로 되기 직전의 비교결과 정보신호를 유지하여 위상신호로써 출력하도록 한 것이다.

또, 본 발명에 관한 무브러시 모터의 제어장치는 여러개의 상의 고정자 권선의 단자전압의 비교결과 정보신호의 패턴에 따라 회전자의 위치를 검출하는 것이 다.

또, 본 발명에 관한 무브러시 모터의 제어장치는 여러개의 상의 고정자 권선의 단자전압의 비교결과 정보신호의 패턴에 따라 고정자 권선으로의 통전패턴을 결정하는 것이다.

또, 본 발명에 관한 무브러시 모터의 제어장치는 여러개의 상의 고정자 권선의 단자전압의 비교결과 정보신호의 패턴에 따라 통전전환 후의 환류전류가 흐르고 있는 기간을 검출하는 것이다.

또, 본 발명에 관한 무브러시 모터의 제어장치는 통전전환 후의 환류전류가 소실된 후에 위치 검출을 위해 대조하는 위상신호패턴을 갱신하는 처리를 실행하는 것이다.

또, 본 발명에 관한 무브러시 모터의 제어장치는 통신전환 후 소정의 시간이 경과했을 때 위치검출을 위해 대조하는 위상신호 패턴을 갱신하는 처리를 실행하는 것이다.

또, 본 발명에 관한 무브러시 모터의 제어장치는 비교결과 정보신호의 패턴에 따라 회전자 위치를 검출하고, 메모리에 저장된 통전 위상 정보 또는 외부로부터의 위상 제어 명령에 따라 통전위상의 전환을 실행하는 것이다.

또, 본 발명에 관한 무브러시 모터의 제어장치는 PWM 제어영역에서는 운전효율을 중시한 위상제어를 실행하고, 고속회전 중시 제어영역에서는 통전위상을 진행시키는 제어를 실행하는 것이다.

또, 본 발명에 관한 무브러시 모터의 제어장치는 상술한 바와 같은 제어장치 에 의해 제어되는 무브러시 모터를 동력원으로 하는 공기조화기 또는 냉동기 또는 세탁기를 제공하는 것이다.

이하, 본 발명의 무브러시 모터의 제어장치와 상기 제어장치에 의해 구동제어되는 무브러시 모터를 사용한 기기의 실시예에 대해, 도 1∼도 8을 사용해서 설명한다.

도 1은 본 발명의 무브러시 모터 구동장치의 1실시예를 도시한 블럭도이다. 이 무브러시 모터 구동장치는 교류전원(1)로부터의 교류전압을 정류하는 정류회로(2), 그 정류출력 전압을 평활하여 직류전압으로 하는 평활회로(3), 직류전압을 임의의 펄스폭의 교류전압으로 변환하여 무브러시 모터(5)의 고정자 권선에 공급하는 것에 의해 상기 무브러시 모터(5)를 회전시키는 인버터회로(4), 속도 명령 신호SV에 따라 상기 무브러시 모터(5)의 제어처리를 실행하는 제어회로(원칩 마이크로 컴퓨터 또는 하이브리드IC)(6), 이 제어회로(6)에 따라 인버터 회로(4)를 구동하는 드라이버(7), 단자전압 검출기(8)에서 얻어지는 무브러시 모터(5)의 고정자 권선의 각 상의 단자전압(=역기전력)에 따른 검출전압(8a)에 따라 상기 무브러시 모터(5)의 회전자 자극의 위치정보인 위상신호(9a)를 생성하여 상기 제어회로(6)으로 공급하는 위상신호 생성회로(9)를 구비하고 있다.

상기 위상신호 생성회로(9)는 기본적으로는 PWM 신호가 온일 때는 무브러시 모터(5)의 각 상의 단자전압에 대응하는 검출전압(8a)에 대한 비교회로(10)으로부터의 비교결과 정보신호(10b)를 위상신호(9a)로써 출력하고, PWM 신호가 오프일 때는 PWM 신호가 오프되기 직전의 비교결과 정보신호(10b)를 유지하여 위상신호(9a) 로써 출력하는 회로수단이다. 그리고, 이 위상신호 생성회로(9)는 무브러시 모터(5)의 고정자 권선의 각 상의 단자전압에 대응하는 검출전압(8a)를 기준전압과 비교하는 비교회로(10), 이 비교회로(10)에서 출력되는 각 상의 비교결과 정보신호(10b)를 지연시키는 지연회로(11), 이 지연회로(11)로부터의 출력신호(11a)에 따라 생성한 위상신호(9a)를 상기 제어회로(6)으로 출력하는 선택유지회로(12) 및 이 선택유지회로(12)의 동작특성을 제어하기 위한 게이트신호(13a)를 상기 비교회로(10)에서 출력되는 비교결과 정보신호(10a)에 따라 작성하는 게이트 신호 작성회로(13)을 구비한다.

상기 비교회로(10)은 무브러시 모터(5)의 고정자 권선의 각 상의 단자전압에 따른 검출전압(8a)를 기준전압과 비교하는 회로로써 각 상 마다의 비교결과 정보신호(10a), (10b)를 출력한다. 여기서, 비교에 사용하는 기준전압은 무브러시 모터(5)의 고정자 권선의 중성점(neutral point) 전압 또는 평활회로(3)에서 출력되는 직류전압의 1/2의 전압으로 한다.

상기 게이트 신호 작성 회로(13)은 상기 비교회로(10)에서 출력되는 비교결과 정보신호(10a)에 따라 논리처리에 의해 PWM 제어의 온기간 또는 오프기간을 추출하고, 상기 선택유지회로(12)에 있어서 그 때의 검출전압(8a)를 반영한 위상신호를 출력할지, PWM 신호가 오프로 되기 전의 신호레벨을 유지하여 위상신호로써 출력할지를 선택하기 위한 게이트신호(13a)를 작성하여 출력하는 기능을 구비하고 있다. 검출전압(8a)의 전압레벨이 일반적인 논리회로에 의해 처리할 수 있는 레벨에 있을 때는 이 검출전압(8a)에서 직접적으로 게이트 신호를 작성하도록 하는 것도 가능하다.

상기 지연회로(11)은 상기 선택유지회로(12)에 의해 신호를 선택유지 할 때의 동작 타이밍과 정합하도록 상기 비교회로(8)에서 출력되는 각 상의 비교정보신호(10b)를 지연시키는 기능수단이다. 이 지연회로(11)은 구체적으로는 선택유지회로(12)에 입력하는 신호(11a)와 상기 선택유지회로(12)의 동작(게이트 신호(13a))의 타이밍을 조정하기 위한 것이므로, 비교회로(10)과 게이트 신호 작성 회로(13)의 회로정수를 고려하여 비교결과 정보신호(10b)와 게이트신호(13a)가 정합하도록 하는 것에 의해 생략할 수도 있다.

상기 선택유지회로(12)는 상기 지연회로(11)로부터의 출력신호(11a)를 상기 게이트 신호 작성 회로(13)에서 인가되는 게이트 신호(13a)에 따라 각각의 출력신호(11a)를 그대로 위상신호(9a)로써 출력할지, 게이트 신호(13a)가 변화하기 전의 신호레벨을 유지하여 위상신호(9a)로써 출력할지를 선택하는 기능수단이다.

도 2는 상기 게이트 신호 작성 회로(13)의 구체적인 구성을 예시한 블럭도이다. 예시한 게이트 신호 작성 회로(13)은 논리소자의 조합에 의해 구성하고, 각 상의 비교결과 정보신호(10a)를 Vu, Vv, Vw로써 입력하여 논리식(식 1)의 논리처리 결과(출력X)를 게이트 신호(13a)로써 출력하는 구성이다. 따라서, 식 1을 만족시키는 논리회로이면 다른 구성이더라도 마찬가지로 사용할 수 있다.

도 3은 상기 제어회로(6) 및 위상신호 생성회로(9)에 있어서의 신호파형을 도시한 도면이다. 도 3에 있어서, (a)는 상기 제어회로(6)이 출력하는 PWM 신호이다. 이에 비해, (b)는 드라이버(7) 및 인버터 회로(4)의 영향에 의해 각각 상승시에는 td온(tdON), 하강시에는 td오프(tdOFF)의 지연을 반영한 무브러시 모터(5)의 고정자 권선의 단자전압의 검출전압 파형이다. (c)는 비교회로(10)이 출력하는 비교결과 정보신호(10a), (10b)이고, (d)는 비교결과 정보신호(10a)에 따라 게이트 신호 작성 회로(13)이 작성한 게이트 신호(13a)이다.

선택유지회로(12)는 (e)에 도시한 바와 같이, 상기 게이트 신호(13a)에 따라 상기 신호(13a)가 하이레벨일 때에는 지연회로(11)의 출력신호(11a)를 반영하고, 로우레벨일 때에는 상기 로우레벨로 되기 직전의 신호레벨을 유지한 파형의 위상신호(9a)를 출력한다.

도 4는 상기 위상신호(9a)에 대한 상기 제어회로(6)의 내부처리의 1례를 도시한 도면이다. 처리(41)은 무브러시 모터의 속도제어 등을 포함하는 모터제어의 주된 처리이다. 처리(42)는 회전자 위치 검출에 관한 신호처리, 처리(43)은 상기 처리(42)에 의해 결정된 회전자 위치에 따라 인버터 회로(4)의 스위칭 동작을 결정하는 드라이브 처리, 처리(44)는 위치 검출처리에 따른 드라이브 처리에 관한 준비 플래그의 클리어 처리, 처리(45)는 위상신호패턴의 2회 일치를 판정하는 일치 플래그의 클리어 처리이다. 여기서, 처리(43)의 드라이브 처리는 위상보정으로 조정되는 소정의 시간 경과 후에 통전 전환 가능한 처리이다.

상기 처리(42)는 주기적으로 상기 위상신호(9a)를 리드하여 상기 위상신호(9a)따라 회전자 위치를 검출(결정)하는 처리이다. 이 회전자 위치의 검출은 회전자의 위치에 의해 위상신호(9a)가 소정의 신호패턴을 나타내는 것에 의해 위상신호(9a)의 패턴을 소정의 신호패턴과 대조하는 것에 의해 실행하는 것이다.

처리(42a)는 회전자 위치검출에 관한 신호처리에 전기각 30°기간중, 전기각 60°기간중, 전기각 120°기간중, 전기각 360°기간중, 기계각 360°기간중 등에 처리를 몇 번 실행하였는지를 관리하는 카운트 처리이다. 그 밖에, 소정시간의 경과도 관리할 수 있는 카운트 처리이다.

처리(42b)는 각 상의 위상신호(9a)를 리드하는 처리이다. 이 때, 위상신호(9a)를 리드한 타이밍을 알고나서 제어회로(6)에서 하이레벨 로우레벨의 신호 등을 출력하는 것이 제어장치의 동작을 확인하는 데 있어서 유효하다.

처리(42c)는 통전전환 후 소정의 시간이 경과했는지 아닌지를 판정하는 처리로써, 판정은 내부의 타이머 또는 상기 처리(42a)등에서 얻어진 카운트값에서 판정한다.

처리(42d)는 다음회의 통전제어처리에 필요한 소정의 신호패턴이 설정되어 있는지 아닌지를 판정하는 분기처리이다.

처리(42e)는 상기 처리(42d)에 있어서, 다음회의 통전처리에 필요한 소정의 신호패턴이 설정되어 있지 않다고 판정한 경우에 다음회의 통전제어처리를 위한 소정의 신호패턴을 갱신, 설정하는 처리이다. 처리(42e)는 소정의 신호패턴이 갱신된 것을 나타내는 준비 플래그를 설정하는 처리이고, 처리(42f)는 위치한 신호패턴이 1회째인지 아닌지를 판정할 때 사용하는 플래그의 클리어 처리이다.

처리(42h)는 처리(42b)에서 리드한 위상신호(9a)의 패턴을 회전자 위치에 따라 결정되는 소정의 신호패턴과 대조한다.

처리(42i)는 신호패턴이 일치하고 있던 경우에는 처리(42k)로 진행하고, 신호패턴이 일치하고 있지 않은 경우에는 처리(42j)로 점프한다.

처리(42j)는 일치한 신호패턴이 2회 일치했는지 아닌지를 판정할 때 사용하는 플래그를 클리어하는 처리를 실행한다.

처리(42k)는 그 일치한 신호가 2회 일치했는지 아닌지를 판정하는 분기처리이다. 처리(42l)은 일치 플래그가 오프에서 신호패턴이 일치했을 때 일치플래그를 온으로 하는 처리이다. 처리(42m)은 다음회의 통전제어처리에 필요한 소정의 신호패턴이 설정되어 있는지 아닌지를 판정하는 분기처리이다.

처리(42n)은 상기 처리(42m)에 있어서 다음회의 통전처리에 필요한 소정의 신호패턴이 설정되어 있지 않다고 판정한 경우에 다음회의 통전제어처리를 위한 소정의 신호패턴을 갱신, 설정하는 처리이다. 처리(42o)는 소정의 신호패턴이 갱신된 것을 나타내는 준비 플래그를 설정하는 처리이고, 처리(42p)는 일치한 신호패턴이 l회째인지 아닌지를 판정할 때 사용하는 플래그의 클리어 처리이다. 즉, 상기 처리(42e) 또는 상기 처리(42n)에서 소정의 신호패턴이 갱신된 후에 상기 처리(42b)에서 리드한 위상신호(9a)의 신호패턴이 2회 일치했을 때 이 회전위치에 적절한 통전패턴을 결정하여 드라이브 처리(43)을 실행하는 것으로 된다.

여기서, 처리(42d)∼처리(42g)와 처리(42n)∼처리(42p)까지가 동등하기 때문에, 서브루틴화 하는 것에 의해 프로그램의 증가를 최소한으로 억제함과 동시에 통 전전환 후의 환류기간이 긴 경우에도 양호하게 무브러시 모터의 제어가 가능하다.

도 5는 PWM 제어에 있어서 통류율이 l00% 미만일 때의 무브러시 모터(5)의 고정자 권선의 각 상(U, V, W상)의 단자전압의 검출(8a)와 PWM신호, 비교회로에서 출력되는 각 상의 비교결과 정보신호, 제어회로(6)에서 리드된 PW M 온일 때의 정보신호패턴, 제어회로 내부에서 인식되는 위치검출정보를 나타내고 있다.

도 5를 참조하여 도 4에 도시한 알고리듬을 사용한 제어처리를 실행하면 도 5에 있어서의 t1및 t3에 나타낸 바와 같이 통전패턴의 전환 직후에 t2 및 t4와 동등한 위상신호가 나타나는 경우에도 오판정을 방지할수 있음과 동시에 통전패턴 전환 직후에 흐르는 환류전류의 영향을 받지 않고 양호하게 위상신호를 얻을 수 있어 양호하게 통전 전환을 실행할 수 있다.

또, 도 4를 참조하여 설명한 처리(42e) 및 처리(42n)에 있어서 신호패턴 갱신 후에 도 3의 (b)에 도시한 바와 같이, 기준점 근방에서 신호가 진동한 경우에는 도 3의 (c)에 도시한 바와 같이 진동한 신호가 출력되고, 상기 처리(41)에서 주기적인 처리(42)로 이동했을 때 도 3의 (d)에 있어서의 타이밍에서 처리(42)가 실행되고, 도3의 (e)에 있어서의 타이밍에서 처리(42b)가 실행되고, 처리(42h)에서 신호패턴의 대조가 실행되며 처리(42i)에서 패턴일치에 의해 처리(42k)로 진행한다. 이 때, 현재의 통전기간 중에 있어서, 1회째의 패턴일치이고 일치 플래그는 오프로 되어 있기 때문에 처리(42k)에서 처리(42l)로 분기한다. 그 후, 도 3의 td의 타이밍에서 재차 처리(42b)가 실행되고 이 처리(42h)가 실행된 후에 처리(42i)에서는 신호패턴이 일치하지 않으므로 처리(42j)로 분기하고, 일치 플래그를 클리어하 여 처리(41)로 되돌아간다.

또, 상기 처리(41)에서 주기적인 처리(42)로 이동했을 때, 도 3의 (c)에 있어서의 tc의 타이밍에서 처리(42b)가 실행되고 상기와 마찬가지로 처리(42l)까지 실행되고, 도 3의 (c)에 있어서의 td의 타이밍에서 처리(42b)에서 처리(42k)가 실행되고, 일치 플래그가 ON이므로 처리(42m)을 거쳐 처리(43)으로 진행하여 회전자 위치에 적합한 드라이브 처리가 실행된다.

이 위상신호 생성회로(9)와 위치검출 알고리듬을 사용하면 펄스형상의 노이즈가 침입한 경우에도 양호하게 회전자 위치를 검출하여 양호한 모터제어가 가능하다. 또, 이 실시예에서는 위상신호(9a)의 2회의 패턴일치가 드라이브 처리로 진행하는 조건으로 하였지만 그 이외의 여러회 일치해도 유효함과 동시에, 무브러시 모터(5)의 고정자 권선의 단자전압에 나타나는 노이즈나 진동을 억제 하는 것에 의해 생략해도 유효하다.

도 6은 PWM 제어에 있어서 통류율이 100%일 때 또는 PAM 제어일 때의 무브러시 모터(5)의 고정자 권선의 단자전압의 검출전압(8a), 비교회로(10)에서 출력되는 비교결과 정보신호(10a) 및 (10b), 게이트 신호 작성 회로(13)에서 출력되는 게이트 신호(13a), 선택유지회로(12)에서 출력되는 위상신호(9a)의 1상분을 도시한 도면이다.

이 위상신호 생성회로(9)를 사용하면 PWM 신호가 온일 때는 비교결과 정보신호(10b)가 위상신호(9a)에 그대로 반영되고, 오프일 때는 오프하기 직전의 신호를 유지하기 위해 PWM 제어에 있어서의 쵸핑동작이 실행되었는지 아닌지에 관계없이, 동일한 위상신호(9a)를 얻을 수 있고, PAM 제어에 있어서도 양호한 모터제어가 가능하다.

또, 이 실시예에서는 출력전압 가변형의 정류회로(2)를 사용한 구성에 있어서도 그 때의 출력전압에 따라 비교회로(10)의 기준전압이 가변되므로 PWM 제어 및 PAM 제어 또는 PWM/PAM의 전환제어 어느쪽에 있어서도 동등한 위상신호를 얻을 수 있어 양호한 모터제어를 실현할 수 있다.

도7은 PWM 제어에 있어서 통류율이 100%일 때 또는 PAM 제어에 있어서 통전전환 후의 환류전류가 흐르고 있는 기간이 긴 경우의 무브러시 모터(5)의 고정자 권선의 단자전압의 검출전압(8a) 및 비교회로에서 출력되는 비교결과 정보신호와 제어회로 내부에 있어서의 위치검출 정보의 1상분을 도시한 도면이다.

통전전환 후의 소정 시간 경과의 판정에 처리(42e)를 마련하고 있으므로, 도 6과 같이 통전전환후의 환류전류가 흐르고 있는 기간이 길어 기준전압 근방에서 정보신호가 변화하지 않는 경우에도 신호패턴을 변경하므로 모터가 정지하지 않고 양호한 모터제어가 가능하다

그리고, 이와 같은 위상신호 생성회로(9)를 사용하면 실제로 무브러시 모터(5)의 고정자 권선에 인가되어 있는 전압(단자전압)에서 PWM 신호의 온기간과 오프기간을 추출하고 있기 때문에 외부에서 타이밍 조정이나 보정을 실행하는 조작이 불필요하게 되고, 지연시간을 결정하는 회로정수 등이 변화해도 우수한 회전위치 검출처리를 실행하기 위한 위상신호를 생성할 수 있다. 이와 관련하여, 제어회로(6)에서 발생하는 PWM 신호와 실제로 무브러시 모터(5)의 고정자 권선에 인 가되는 전압 사이에는 동작지연에 의한 지연시간이 발생하기 때문에 제어회로(6)내에 있어서 PWM 신호에 따라 모터단자 전압에서 회전자 위치를 정확히 검출하고자 하면 양자 사이의 타이밍 조정이 필요하다.

그리고, 제어회로(6)은 임의의 시각(타이밍)에 있어서의 고정자 권선의 각 상의 고정자 권선의 단자전압(검출전압)에 따른 위상신호의 패턴에 따라 회전자위치를 검출(판단)하도록 하고 있기 때문에, 노이즈에 의한 에러 검출을 경감할 수 있다.

또, 이 제어회로(6)은 이 회전자 위치와 고정자 권선으로의 현재의 통전패턴에서 다음 통전패턴을 결정할 수 있기 때문에, 노이즈에 의한 오동작을 경감할 수 있다.

종래의 제어장치와 같은 에지 인터럽트 처리에 의한 회전위치 검출에서는 전류(轉流) 직후에 발생하는 스파이크 전압에 의한 오동작을 회피하기 위해 위상신호 리드 금지구간을 마련하는 것이 필요하지만, 본 발명에 의하면 이와 같은 위상신호 리드 금지구간은 불필요하게 되므로 이 스파이크 전압의 기간을 계측하는 것에 의해 환류전류가 흐르고 있는 시간(환류전류가 소실되는 타이밍)을 견적할 수 있고, 이를 위상제어에 활용하여 광범위한 제어를 실현할 수 있게 된다.

무브러시 모터의 운전효율은 도 8에 도시한 바와 같이, 역기전력에 대한 통전위상에 의해 변화하기 때문에 통전위상은 매우 중요한 요소이다. 따라서, 모터 기동시에는 최고효율로 되도록 미리 RAM 또는 ROM에 저장한 정보를 사용하여 통전위상을 제어하는 것에 의해 무브러시 모터를 고효율로 운전할 수 있다.

또, 통전위상을 외부에서 제어할 수 있도록 하면 사용자측에서 모터에 적합한 통전위상에서 무브러시 모터를 운전할 수 있도록 할 수 있다. 이 외부제어를 위한 제어단자는 제어회로(6)의 A/D변환단자, 통신용 단자, 입력포트 등을 사용할 수 있다.

무브러시 모터의 속도제어에 있어서, 고정자 권선에 공급하는 단자전압을 펄스폭 제어하는 것에 의해 속도제한을 실행하는 PWM 제어는 통류율이 최대값(100%)에 도달하면 그 이상으로 회전속도를 높이기 위한 제어를 실행할 수 없다. 또, 고정자 권선에 공급하는 단자전압의 높이를 제어하는 것에 의해 속도제어를 실행하는 PAM 제어에서는 단자전압이 최대값에 도달하면 그 이상으로 회전속도를 높이기 위한 제어를 실행할 수 없다. 그러나, 도 9에 도시한 바와 같이, 고정자 권선에 공급하는 단자전압을 동일값으로 유지한 상태에서 통전위상을 변경하는 것에 의해 회전속도를 변경할 수 있다. 그리고, 이 통전위상의 제어는 위상신호를 사용하여 실현할 수 있다.

따라서, 무브러시 모터의 고정자 권선전류의 PWM 제어 또는 PAM 제어에 부가하여 통전위상 제어를 실행하는 것에 따라 상기 모터의 회전속도를 보다 광범위하게 제어할 수 있다. 예를 들면, PWM 제어에 있어서 통류율이 최대값에 미달인 상태 또는 PAM 제어에 있어서 공급전압이 최대값에 미달인 상태에서는 모터의 효율이 최고로 되는 통전위상에서의 제어를 실행하고, 통류율 또는 공급전압이 최대값에 도달한 후에는 통전위상을 최고 효율점보다 진행시키는 제어를 실행하는 것에 의해 통상은 효율중시의 운전제어 특성으로 하고, 고속회전이 필요한 상태에서 는 통전위상을 진행시켜 고속성 중시의 운전제어 특성으로 할 수 있다.

이와 같은 제어장치는 제어회로(6)과 위상신호 생성회로(9)를 통합한 하이브리드IC, 또는 인버터 회로(4), 제어회로(6), 드라이버(7), 위상신호 생성회로(9)를 통합한 인텔리전트형 파워모듈로써 구성하는 것에 의해, 부품점수가 감소하여 취급이 용이한 제어장치로 하는 것이 가능하다.

히트펌프식 공기조화기는 압축기의 회전속도에 의해 냉난방 출력이 변화하는 것에 의해 상술한 바와 같이 PWM 제어 또는 PAM 제어에 부가하여 통전위상제어되는 무브러시 모터를 상기 압축기 또는 송풍기의 구동원으로써 사용하는 것에 의해 냉난방 능력이 높은 공기조화기를 실현할 수 있다. 또한, 통상의 운전영역에서는 효율중시의 운전제어를 실행하는 것에 의해 에너지 절약형의 공기조화기로 할 수 있다.

마찬가지로, 이 제어장치를 사용해서 제어되는 무브러시 모터는 냉동기의 압축기 또한 송풍기를 구동하는 구동원으로써 사용하는 것에 의해, 냉동능력이 우수한 냉동기를 실현할 수 있다.

또, 이 제어장치를 사용해서 제어되는 무브러시 모터를 동력원으로써 교반날개나 탈수조를 회전시키는 세탁기를 구성한 경우도 마찬가지로 제어성이 우수한 세탁기로 할 수 있다. 특히, 에너지 절약, 고속탈수를 실현하는 데 유효하다.

그 밖에, 본 발명의 위상신호 생성회로를 사용하면 용량이 큰 전해 콘덴서를 사용할 필요가 없어지는 것에 부가하여 신호레벨을 유지하는 기능을 갖기 때문에 제어회로에 처리속도가 느린 저렴한 마이크로 컴퓨터를 사용해도 무브러시 모터의 회전자의 위치검출 처리가 가능하게 되어 인버터 회로 및 드라이버 회로 와 일체화시키는 것에 의해, 소형이고 또한 저렴한 인버터 제어회로를 실현할 수 있고, 이것을 탑재한 공기조화기 및 냉동기, 세탁기를 구성하는 것에 의해 소형이고 또한 저렴하게 제어성이 우수한 공기조화기 및 냉동기, 세탁기를 실현할 수 있다.

본 발명에 의하면, 무브러시 모터에 대해 회전자의 자극위치 검출정밀도가 높아 정확한 제어를 실행할 수 있게 된다.

또, 노이즈에 의한 위치 검출 에러나 통전 오동작을 경감할 수 있어, 제어범위를 확장할 수 있다.

또, 무브러시 모터를 효율중시 특성으로 운전제어하고 또는 고속도 중시특성으로 운전제어 할 수 있기 때문에, 무브러시 모터를 광범위하게 제어할 수 있다.

그리고, 상술한 제어장치에 의해 제어되는 무브러시 모터를 동력원으로써 사용하는 것에 의해 고성능의 공기화조기, 냉동기, 세탁기를 실현할 수 있다.

본 발명의 특징 중 하나를 요약하면, 회전자 위치검출 정밀도를 높여 제어범위를 확대하기 위해, 비교회로(10), 지연회로(11), 게이트 신호 작성회로(13), 선택유지회로(12)를 사용하여 위상신호 생성회로(9)를 구성하고, 이 위상신호 생성회로(9)에서 생성한 위상신호를 제어회로(6)에서 패턴인식하는 것에 의해, 회전자의 위치를 검출하고, PWM 제어 전체 영역 및 PAM 제어, PWM/PAM의 전환제어를 실행하는 것이다.

Claims

무브러시 모터의 여러개의 상의 고정자 권선의 단자전압에 따른 검출전압을 발생하는 전압검출수단, 기준전압을 발생하는 기준전압 발생수단, 상기 검출전압과 기준전압을 비교하여 비교결과 정보신호를 출력하는 비교수단, 이 비교결과 정보신호에 따라 무브러시 모터의 회전자의 회전위치를 검출하고 이 회전위치에 따라 상기 고정자 권선에 대한 통전신호를 발생하는 제어수단 및 이 통전신호에 따라 상기 고정자 권선에 통전하는 출력수단을 구비한 무브러시 모터의 제어장치에 있어서,

상기 제어수단은 상기 비교결과 정보신호에 따라 PWM 신호의 온기간 또는 오프기간을 추출하는 것을 특징으로 하는 무브러시 모터의 제어장치.
무브러시 모터의 여러개의 상의 고정자 권선의 단자전압에 따른 검출전압을 발생하는 전압검출수단, 기준전압을 발생하는 기준전압 발생수단, 상기 검출전압과 기준전압을 비교하여 비교결과 정보신호를 출력하는 비교수단, 상기 비교수단으로부터의 비교결과 정보신호를 위상신호로써 출력할지 시간적으로 이전의 비교결과 정보신호를 유지하여 위상신호로써 출력할지를 선택하는 선택유지수단, 이 선택유지수단에서 출력되는 위상신호에 따라 무브러시 모터의 회전자의 회전위치를 검출하여 이 회전위치에 따라 상기 고정자 권선에 대한 통전신호를 발생하는 제어수단 및 이 통전신호에 따라 상기 고정자 권선에 통전하는 출력수단을 구비하고,

상기 선택유지수단은 PWM 신호가 온일 때는 상기 비교수단으로부터의 비교결 과 정보신호를 그대로 위상신호로써 출력하고, PWM 신호가 오프일 때는 오프로 되기 직전의 비교결과 정보신호를 유지하여 위상신호로써 출력하는 구성으로 한 것을 특징으로 하는 무브러시 모터의 제어장치.
교류전원전압을 직류전압으로 변환하는 정류회로, 상기 직류전압을 교류전압으로 변환하여 무브러시 모터에 공급하는 인버터 회로 및 이 인버터 회로를 제어하는 제어회로를 구비한 무브러시 모터의 제어장치에 있어서,

상기 무브러시 모터의 여러개의 상의 고정자 권선의 단자전압에 따른 검출전압을 발생하는 전압검출수단, 기준전압을 발생하는 기준전압 발생수단, 상기 검출전압과 기준전압을 비교하여 비교결과 정보신호를 출력하는 비교수단, 상기 비교수단에서 출력되는 비교결과 정보신호를 그대로 위상신호로써 출력할지 시간적으로 이전의 비교결과 정보신호를 유지하여 위상신호로써 출력할지를 선택하는 선택유지수단, 이 선택유지수단에서 출력되는 위상신호에 따라 무브러시 모터의 회전자의 위치를 검출하여 통전신호를 출력하는 제어수단 및 이 통전신호에 따라 상기 고정자 권선에 통전하는 출력수단을 구비하고,

상기 선택유지수단은 PWM 신호가 온일 때는 상기 비교수단으로부터의 비교결과 정보신호를 그대로 위상신호로써 출력하고, PWM 신호가 오프일 때는 오프로 되기 직전의 비교결과 정보신호를 유지하여 위상신호로써 출력하도록 구성한 것을 특징으로 하는 무브러시 모터의 제어장치.
교류전원전압을 직류전압으로 변환하는 정류회로와 상기 직류전압의 크기를 제어하는 쵸퍼회로를 구비한 컨버터회로, 이 컨버터회로에서 받은 직류전압을 교류전압으로 변환하여 무브러시 모터에 공급하는 인버터 회로, 상기 쵸퍼회로의 스위칭 동작을 제어하는 컨버터 제어회로, 상기 인버터 회로의 스위칭 동작을 제어하여 무브러시 모터를 구동하는 인버터 제어회로 및 상기 컨버터 제어회로 및 인버터 제어회로를 제어하는 제어회로를 구비한 무브러시 모터의 제어장치에 있어서,

상기 무브러시 모터의 여러개의 상의 고정자 권선의 단자전압에 따른 검출전압을 발생하는 전압검출수단, 기준전압을 발생하는 기준전압 발생수단, 상기 검출전압과 기준전압을 비교하여 비교결과 정보신호를 출력하는 비교수단, 상기 비교수단에서 출력되는 비교결과 정보신호를 그대로 위상신호로써 출력할지 시간적으로 이전의 비교결과 정보신호를 유지하여 위상신호로써 출력할지를 선택하는 선택유지수단, 이 선택유지수단으로부터의 신호에 따라 회전자의 위치를 검출하여 통전신호를 출력하는 제어수단 및 이 통전신호에 따라 상기 고정자 권선에 통전하는 출력수단을 구비하고,

상기 선택유지수단은 PWM 신호가 온일 때는 상기 비교수단으로부터의 비교결과 정보신호를 그대로 위상신호로써 출력하고, PWM 신호가 오프일 때는 오프로 되기 직전의 비교결과 정보신호를 유지하여 위상신호로써 출력하도록 구성한 것을 특징으로 하는 무브러시 모터의 제어장치.
무브러시 모터의 여러개의 상의 고정자 권선의 단자전압에 따른 검출전압을 발생하는 전압검출수단, 기준전압을 발생하는 기준전압 발생수단, 상기 검출전압과 기준전압을 비교하여 비교결과 정보신호를 출력하는 비교수단, 상기 비교수단에서 출력되는 비교결과 정보신호에 따라 회전자의 위치를 검출하여 통전신호를 출력하는 제어수단 및 이 통전신호에 따라 상기 고정자 권선에 통전하는 출력수단을 구비한 무브러시 모터의 제어장치에 있어서,

상기 제어수단은 여러개의 상의 비교결과 정보신호의 패턴에 따라 회전자의 위치를 검출하는 것을 특징으로 하는 무브러시 모터의 제어장치.
무브러시 모터의 여러개의 상의 고정자 권선의 단자전압에 따른 검출전압을 발생하는 전압검출수단, 기준전압을 발생하는 기준전압 발생수단, 상기 검출전압과 기준전압을 비교하여 비교결과 정보신호를 출력하는 비교수단, 상기 비교수단에서 출력되는 비교결과 정보신호에 따라 회전자의 위치를 검출하여 통전신호를 출력하는 제어수단 및 이 통전신호에 따라 상기 고정자 권선에 통전하는 출력수단을 구비한 무브러시 모터의 제어장치에 있어서,

상기 제어수단은 여러개의 상의 비교결과 정보신호의 패턴에 따라 상기 고정자 권선으로의 통전패턴을 결정하도록 한 것을 특징으로 하는 무브러시 모터의 제어장치.
무브러시 모터의 여러개의 상의 고정자 권선의 단자전압에 따른 검출전압을 발생하는 전압검출수단, 기준전압을 발생하는 기준전압 발생수단, 상기 검출전압과 기준전압을 비교하여 비교결과 정보신호를 출력하는 비교수단, 이 비교결과 정보신호에 따라 무브러시 모터의 회전자의 회전위치를 검출하고 이 회전위치에 따라 고정자 권선에 대한 통전신호를 발생하는 제어수단 및 이 통전신호에 따라 상기 고정자 권선에 통전하는 출력수단을 구비한 무브러시 모터의 제어장치에 있어서,

상기 제어수단은 상기 비교결과 정보신호의 패턴에 따라 통전전환 후의 환류전류가 흐르고 있는 기간을 검출하는 것을 특징으로 하는 무브러시 모터의 제어장치.
무브러시 모터의 여러개의 상의 고정자 권선의 단자전압에 따른 검출전압을 발생하는 전압검출수단, 기준전압을 발생하는 기준전압 발생수단, 상기 검출전압과 기준전압을 비교하여 비교결과 정보신호를 출력하는 비교수단, 상기 비교수단에서 출력되는 비교결과 정보신호에 따라 위상신호를 얻고 이 위상신호의 패턴에 따라 회전자의 위치를 검출하여 통전신호를 출력하는 제어수단 및 이 통전신호에 따라 상기 고정자 권선에 통전하는 출력수단을 구비한 무브러시 모터의 제어장치에 있어서,

통전전환 후의 환류전류가 소실된 후에 위치 검출을 위해 대조하는 위상신호패턴을 갱신하는 처리를 실행하도록 한 것을 특징으로 하는 무브러시 모터의 제어장치.
무브러시 모터의 여러개의 상의 고정자 권선의 단자전압에 따른 검출전압을 발생하는 전압검출수단, 기준전압을 발생하는 기준전압 발생수단, 상기 검출전압과 기준전압을 비교하여 비교결과 정보신호를 출력하는 비교수단, 이 비교결과 정보신호에 따라 무브러시 모터의 회전자의 회전위치를 검출하고 이 회전위치에 따라 고정자 권선에 대한 통전신호를 발생하는 제어수단 및 이 통전신호에 따라 상기 고정자 권선에 통전하는 출력수단을 구비한 무브러시 모터의 제어장치에 있어서,

상기 제어수단은 상기 비교결과 정보신호의 패턴에 따라 회전자 위치를 검출하고 메모리에 저장된 통전위상정보에 따라 통전위상의 전환을 실행하는 것을 특징으로 하는 무브러시 모터의 제어장치.
무브러시 모터의 여러개의 상의 고정자 권선의 단자전압에 따른 검출전압을 발생하는 전압검출수단과, 기준전압을 발생하는 기준전압 발생수단, 상기 검출전압과 기준전압을 비교하여 비교결과 정보신호를 출력하는 비교수단, 이 비교결과 정보신호에 따라 무브러시 모터의 회전자의 회전위치를 검출하고 이 회전위치에 따라 고정자 권선에 대한 통전신호를 발생하는 제어수단 및 이 통전신호에 따라 상기 고정자 권선에 통전하는 출력수단을 구비한 무브러시 모터의 제어장치에 있어서,

상기 제어수단은 상기 비교결과 정보신호의 패턴에 따라 회전자 위치를 검출하고 외부로부터의 위상제어 명령에 따라 통전위상의 전환을 실행하는 것을 특징으로 하는 무브러시 모터의 제어장치.
제 10항에 있어서,

상기 제어수단은 외부로부터의 위상제어 명령을 입력하는 단자로써, A/D 변환단자 또는 통신용 단자 또는 입력포트를 사용하는 것을 특징으로 하는 무브러시 모터의 제어장치.
무브러시 모터의 여러개의 상의 고정자 권선의 단자전압에 따른 검출전압을 발생하는 전압검출수단, 기준전압을 발생하는 기준전압 발생수단, 상기 검출전압과 기준전압을 비교하여 비교결과 정보신호를 출력하는 비교수단, 이 비교결과 정보신호에 따라 무브러시 모터의 회전자의 회전위치를 검출하고 이 회전위치에 따라 고정자 권선에 대한 통전신호를 발생하는 제어수단 및 이 통전신호에 따라 상기 고정자 권선에 통전하는 출력수단을 구비한 무브러시 모터의 제어장치에 있어서,

상기 제어수단은 PWM 제어영역에서는 운전효율을 중시한 위상제어를 실행하고, 고속회전 중시 제어영역에서는 통전위상을 진행시키는 제어를 실행하는 것을 특징으로 하는 무브러시 모터의 제어장치.
제1항 내지 제12항 중의 어느 한 항에 있어서,

상기 제어수단은 여러개의 입출력 포트를 갖는 마이크로 컴퓨터로 구성한 것을 특징으로 하는 무브러시 모터의 제어장치.
제1항 내지 제12항 중의 어느 한 항에 있어서,

상기 제어수단은 여러개의 입출력 포트를 갖는 하이브리드IC로 구성한 것을 특징으로 하는 무브러시 모터의 제어장치.
특허청구범위 제1항 내지 제12항 중의 어느 한 항에 기재된 무브러시 모터의 제어장치에 의해서 운전제어되는 무브러시 모터를 동력원으로 하는 압축기 또는 송풍기를 사용하여 구성한 것을 특징으로 하는 공기조화기.
특허청구범위 제1항 내지 제12항 중의 어느 한 항에 기재된 무브러시 모터의 제어장치에 의해서 운전제어되는 무브러시 모터를 동력원으로 하는 압축기 또는 송풍기를 사용하여 구성한 것을 특징으로 하는 냉동기.
특허청구범위 제1항 내지 제12항 중의 어느 한 항에 기재된 무브러시 모터의 제어장치에 의해서 운전제어되는 무브러시 모터를 동력원으로써 사용하여 구성한 것을 특징으로 하는 세탁기.
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