KR100715994B1 - 브러시리스 직류 모터의 제어 장치 - Google Patents

브러시리스 직류 모터의 제어 장치 Download PDF

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Abstract

브러시리스 직류 모터의 제어 장치를 개시한다. 본 발명은 단일의 제어용 프로그램으로 다양한 회전자 영구 자석 극수에 공동으로 대응 할 수 있는 브러시리스 직류 모터의 제어 장치를 제공하는데 그 목적이 있다. 이와 같은 목적의 본 발명에 따른 브러시리스 직류 모터의 제어 장치는, 브러시리스 직류 모터를 구동하기 위한 구동부와; 브러시리스 직류 모터의 회전자 극수 정보를 하나의 변수로 하여 브러시리스 직류 모터의 회전수를 연산하고, 연산한 회전수에 근거하여 브러시리스 직류 모터의 속도 명령을 발생시켜 구동부에 제공하는 제어부와; 사용자의 조작에 따라 브러시리스 직류 모터의 회전자 극수 정보를 발생시켜 제어부에 제공하는 극수 정보 설정부를 포함한다.

Description

브러시리스 직류 모터의 제어 장치{CONTROL APPARATUS FOR BRUSHLESS DC MOTOR}
도 1은 본 발명의 실 시예에 따른 브러시리스 직류 모터의 제어 장치를 나타낸 블록도.
도 2는 도 1에 나타낸 브러시리스 직류 모터의 제어 장치에서, 3상 풀-브리지 인버터의 구성을 나타낸 회로도.
도 3은 도 1에 나타낸 브러시리스 직류 모터의 제어 장치에서, 극수 정보 설정부의 구성을 나타낸 회로도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
104 : 컨버터
106 : 인버터
108 : 직류단 캐패시터
110 : 브러시리스 직류 모터
114 : 구동부
116 : 홀 센서부(Hall Sensor)
152 : 제어부(마이컴)
154 : 극수 정보 설정부
302, 304, 306, 308 : 저항
310, 312, 314 : 스위치
Vp : 극수 정보
본 발명은 모터(motor)의 제어 장치에 관한 것으로, 특히 브러시리스 직류 모터(brushless DC motor)의 제어 장치에 관한 것이다.
브러시리스 직류 모터는 브러시와 정류자 등의 기계적인 요소 대신 스위칭 소자로 구성된 정류 회로를 사용한다. 이 브러시리스 직류 모터는 마모에 따른 브러시의 교체가 필요 없으며, 전자 장해(electromagnetic interference)와 구동 소음이 적은 것이 특징이다.
이와 같은 브러시리스 직류 모터의 제어 장치 가운데, 모터에 공급되는 단자 전류를 검출하기 위한 단자 전류 검출부(전류 센서)를 구비하는 센서형 브러시리스 직류 모터 제어 프로그램의 경우, 모터의 회전수를 제어를 위해서는 모터의 현재 회전수 정보가 필요하다. 이 회전수 정보는 제어부(마이컴) 내에서 소정의 연산 과정을 통해 얻어지는데, 이 회전수 정보를 얻기 위한 연산에는 운전 중인 모터(즉 제어하고자 하는 모터)의 영구 자석 회전자 극수 정보가 반드시 필요하고, 따라서 회전자의 극수가 서로 다른 여러 종류의 모터를 제어하기 위해서는 각 극수별로 별도의 제어 장치의 개발이 불가피하다.
본 발명은 단일의 제어용 프로그램으로 다양한 회전자 영구 자석 극수에 공동으로 대응 할 수 있는 브러시리스 직류 모터의 제어 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
이와 같은 목적의 본 발명에 따른 브러시리스 직류 모터의 제어 장치는, 브러시리스 직류 모터를 구동하기 위한 구동부와; 브러시리스 직류 모터의 회전자 극수 정보를 하나의 변수로 하여 브러시리스 직류 모터의 회전수를 연산하고, 연산한 회전수에 근거하여 브러시리스 직류 모터의 속도 명령을 발생시켜 구동부에 제공하는 제어부와; 사용자의 조작에 따라 브러시리스 직류 모터의 회전자 극수 정보를 발생시켜 제어부에 제공하는 극수 정보 설정부를 포함한다.
또한, 극수 정보 설정부는, 전원에 일단이 연결되는 제 1 저항과; 제 1 저항과 접지 사이에 병렬 연결되는 다수의 제 2 저항들과; 제 1 저항과 다수의 제 2 저항들 사이에 각각 연결되는 다수의 스위치들을 포함하여 이루어진다.
또한, 사용자는 다수의 스위치들 가운데 어느 하나를 선택적으로 턴 온 시킴으로써 제 2 저항들 가운데 어느 하나와 제 1 저항이 직렬 연결되도록 함으로써 직렬 연결된 제 1 저항과 제 2 저항 사이에 각 저항의 크기에 비례하는 전압 분배가 이루어지도록 한다.
이와 같이 이루어지는 본 발명의 바람직한 실시 예를 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 먼저 도 1은 본 발명에 따른 브러시리스 직류 모터의 제어 장치를 나타낸 블록도이다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 컨버터(104)와 직류단 캐패시터(DC-link capacitor, 108), 인버터(106)로 구성되는 전력 변환 장치는 교류 전원 장치(102)로부터 제공되는 교류 전원을 직류 전원으로 변환한 후 다시 3상 교류 전원(U, V, W)으로 변환하여 브러시리스 직류 모터(110)에 공급한다. 컨버터(104)는 교류 전원을 직류로 변환하고, 인버터(106)는 직류 전원을 펄스 형태의 3상 교류 전원(U, V, W)으로 변환한다.
홀 센서부(116)는 브러시리스 직류 모터(110)의 각 상(U, V, W)의 전류를 검출하여 그 전류 정보(UC, VC, WC)를 구동부(114)에 제공한다. 구동부(114)는 홀 센서부(116)로부터 제공되는 전류 정보(UC, VC, WC)와 제어부(152)로부터 제공되는 속도 명령(H)을 참조하여 브러시리스 직류 모터(110)의 회전 속도를 제어하기 위한 인버터 제어 신호(P1~P6)를 생성한다. 구동부(114)에서 생성되는 인버터 제어 신호(P1~P6)는 인버터(106)에서 브러시리스 직류 모터(110)로 출력되는 3상 교류 전원(U, V, W)의 각 상의 전환 시점 및 전류량을 제어하기 위한 것으로서, 그 궁극적인 목적은 브러시리스 직류 모터(110)의 회전 속도가 제어부(마이컴, 152)로부터 입력되는 속도 명령(H)을 추종하도록 하는 것이다.
제어부(152)는 브러시리스 직류 모터(110)의 회전자의 위치/속도 정보(P/G)와 극수 정보 설정부(154)로부터 제공되는 브러시리스 직류 모터(110)의 극수 정보(Vp)를 이용하여 다음과 같이, 브러시리스 직류 모터(110)의 회전수를 연산한다.
먼저 구동부(114)는 브러시리스 직류 모터(110)의 홀 센서부(116)에서 발생하는 전류 정보를 조합하여 펄스 신호인 위치/속도 정보(P/G)를 발생시켜 제어부 (152)에 제공한다. 제어부(152)는 위치/속도 정보(P/G)와 극수 정보 설정부(154)로부터 입력되는 극수 정보(Vp)를 참조하여 브러시리스 직류 모터(110)의 회전수를 연산하여 속도 명령(H)을 발생시킨다.
극수 정보 설정부(154)는 브러시리스 직류 모터(110)의 극수 정보를 하드웨어 조작을 통해 임의로 설정할 수 있도록 하며, 제어부(152)와 구동부(114) 등이 실장되는 회로 기판 상에 함께 실장되도록 함으로써 브러시리스 직류 모터 제어 장치를 통해 서로 다른 회전자 극수의 브러시리스 직류 모터를 제어하더라도 새로운 극수 정보를 반영하기 위한 별도의 프로그램 수정이나 개발이 필요치 않고 다만 이 극수 정보 설정부(154)의 조작 만으로도 해당 브러시리스 직류 모터의 회전자 극수 정보를 제어부(152)에 제공하여 브러시리스 직류 모터의 회전수 연산이 가능하도록 할 수 있다.
도 2는 도 1에 나타낸 브러시리스 직류 모터의 제어 장치에서, 3상 풀-브리지 인버터의 구성을 나타낸 회로도로서, 다음에 설명하는 도 3의 2상 여자 패턴의 3상 교류 신호들(P1~P6)에 의해 각각의 스위칭 소자 즉 트랜지스터들(Q1~Q6)이 스위칭되어 상 전류의 전환이 이루어진다.
도 3은 도 1에 나타낸 브러시리스 직류 모터의 제어 장치에서, 극수 정보 설정부의 구성을 나타낸 회로도이다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 극수 정보 설정부(154)는 전원(VDD)과 접지 사이에 다수의 저항들(302-308)들이 직렬 및 병렬로 연결되어 이루어지는 전압 분배 회로를 구비하고, 이 전압 분배 회로에서 저항(302)에 병렬 연결되는 나머지 저항들(304-308)에는 스위치들(310- 314)을 연결하여 이 스위치들(310-314) 가운데 어느 하나를 턴 온 시킴으로써 병렬 연결되는 저항들(304-308) 가운데 어느 하나와 저항(302)이 직렬 연결되어 전압 분배가 이루어진다. 따라서 서로 다른 레벨의 분배 전압을 발생시키기 위해 병렬 연결되는 저항들(304-308)은 서로 다른 크기의 저항들로 구성하는 것이 바람직하다.
이와 같이 발생하는 극수 정보(Vp) 신호는 제어부(114)의 아날로그-디지털 변환 단자를 통해 제어부(114)에 입력되며, 제어부(114)는 이 극수 정보(Vp) 신호의 레벨을 통해 제어하고자 하는 브러시리스 직류 모터(110)의 회전자 극수를 판별하고, 그에 맞는 회전수 연산 및 속도 명령 발생을 실시한다.
사용자는 극수 정보 설정부(154)의 스위치들(310-314)을 선택적으로 턴 온 시키는 것 만으로 제어하고자 하는 브러시리스 직류 모터(110)의 극수에 대응되는 레벨의 극수 정보(Vp) 신호가 발생하도록 할 수 있으며, 이와 같이 발생한 극수 정보(Vp) 신호는 마이컴인 제어부(114)에 제공되어 브러시리스 직류 모터(110)의 회전 수 연산에 이용된다.
이와 같이, 본 발명에 따른 브러시리스 직류 모터의 제어 장치는, 제어하고자 하는 모터가 극수가 다른 모터로 변경되더라도 극수 정보 설정부의 스위치 조작만으로 간단하게 새로운 모터의 회전자 극수가 제어부의 연산에 반영됨으로써 단일의 제어부에 탑재된 하나의 제어용 프로그램으로 다양한 회전자 영구 자석 극수에 공동으로 대응 할 수 있다.

Claims (3)

  1. 브러시리스 직류 모터를 구동하기 위한 구동부와;
    상기 브러시리스 직류 모터의 회전자 극수 정보를 하나의 변수로 하여 상기 브러시리스 직류 모터의 회전수를 연산하고, 상기 연산한 회전수에 근거하여 상기 브러시리스 직류 모터의 속도 명령을 발생시켜 상기 구동부에 제공하는 제어부와;
    사용자의 조작에 따라 상기 브러시리스 직류 모터의 회전자 극수 정보를 발생시켜 상기 제어부에 제공하는 극수 정보 설정부를 포함하는 브러시리스 직류 모터의 제어 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 극수 정보 설정부는,
    전원에 일단이 연결되는 제 1 저항과;
    상기 제 1 저항과 접지 사이에 병렬 연결되는 다수의 제 2 저항들과;
    상기 제 1 저항과 상기 다수의 제 2 저항들 사이에 각각 연결되는 다수의 스위치들을 포함하여 이루어지는 것이 특징인 브러시리스 직류 모터의 제어 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    사용자는 상기 다수의 스위치들 가운데 어느 하나를 선택적으로 턴 온 시킴으로써 상기 제 2 저항들 가운데 어느 하나와 상기 제 1 저항이 직렬 연결되도록 함으로써 직렬 연결된 제 1 저항과 제 2 저항 사이에 각 저항의 크기에 비례하는 전압 분배가 이루어지도록 하는 브러시리스 직류 모터의 제어 장치.
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