KR100725174B1 - 브러시리스 직류모터의 제어장치 및 제어방법 - Google Patents

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Abstract

고정자에 인가되는 m(m은 자연수)개 상의 인가전류에 따라 회전하는 n(n은 자연수)개 극의 회전자를 가지는 브러시리스 직류모터(Brushless DC motor)의 회전수를 제어하는 장치에 있어서, 상기 브러시리스 직류모터로부터 상기 회전자의 회전에 따른 회전 펄스수를 카운트하는 회전 검출부; 상기 브러시리스 직류모터의 회전수를 입력받고 상응하는 요구 회전량으로 변환하는 요구 회전량 입력부; 상기 회전 펄스수와 상기 요구 회전량을 비교하는 비교부; 및 상기 비교부에서의 비교 결과에 따라 상기 브러시리스 직류모터에 인가되는 상기 인가전류를 제어하는 전류 제어부를 포함하는 브러시리스 직류모터 제어장치 및 제어방법에 관한 것이다. 센서리스타입 브러시리스 직류모터로부터 역기전력을 검출하여 그 수를 카운트하거나 센서타입 브러시리스 직류모터로부터 에프지 펄스를 검출하여 그 수를 카운트함으로써 디지털적인 방법으로 회전수를 제어할 수 있다.
브러시리스 직류모터, 제어, 회전수, 펄스

Description

브러시리스 직류모터의 제어장치 및 제어방법{Control apparatus of brushless DC motor and method for controlling it}
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 센서리스타입 브러시리스 직류모터(Sensorless type Brushless DC motor)의 횡단면도.
도 2는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 센서타입 브러시리스 직류모터(Sensor type Brushless DC motor)의 횡단면도.
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 센서리스타입 브러시리스 직류모터의 제어장치의 개략적인 블록도.
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 센서타입 브러시리스 직류모터의 제어장치의 개략적인 블록도.
도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 도 1에 도시된 센서리스타입 브러시리스 직류모터(100)의 제어방법의 흐름도.
도 6은 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 도 2에 도시된 센서타입 브러시리스 직류모터(200)의 제어방법의 흐름도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100 : 센서리스타입 브러시리스 직류모터
200 : 센서타입 브러시리스 직류모터
120 : 고정자
130 : 회전자
125u, 125v, 125w : 치(齒)
320, 420 : 전류 제어부
330, 430 : 요구 회전량 입력부
340, 440 : 비교부
350 : 역기전력 검출부
450 : 에프지 펄스 검출부
본 발명은 직류모터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 브러시리스 직류모터(Brushless DC motor)의 회전수를 제어하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
모터(motor)는 전자계 현상을 매개로 하여 전기에너지를 회전 또는 직선의 운동에너지로 변환시켜주는 일종의 에너지 변환장치이다. 전기, 전자 산업과 기계 산업 전반의 전자화로 인해 응용분야가 확대되면서 핵심 구동원으로 중요성이 증대되고 있다. 그리고 산업화의 고도화에 따라 구동원인 모터는 고속화, 대용량화되어 가고 있다.
특히 제어용 정밀모터는 부여된 목표입력에 대한 빠른 추종 응답특성을 가지고 넓은 속도제어의 범위를 가지고 정밀하게 움직일 수 있는 특성을 가지고 있다. 정지, 시동, 역전 등의 동작을 반복하며 제어신호에 따라 운전된다. 전력전자기술의 발전, 마이크로컴퓨터의 발전, 정밀가공기술, 고성능 영구자석의 실용화, 표면실장기술의 발달 등 기술의 발전과 응용분야의 확대로 인해 제어용 정밀모터는 그 중요성이 증대하고 있다.
제어용 정밀모터로는 스테핑 모터(stepping motor), 브러시리스 직류모터(brushless motor) 등이 있으며, 이들은 주로 고성능 영구자석을 이용하고 있다.
위치제어용 모터로써 많이 사용되는 모터는 스테핑 모터이다. 일반적으로 기계적인 이동량을 정밀하게 제어하는 일에 있어서, 스테핑 모터는 펄스(pulse)에 의해 디지털적으로 제어하는 것이 가능하므로 마이컴(micom)에서 사용하기에 적합한 모터이다. 스테핑 모터는 모터의 샤프트(shaft)의 위치를 검출하기 위한 피드백없이, 정해진 각도를 회전하고, 상당히 높은 정확도로 정지할 수 있는 것이다. 또한, 스테핑 모터(stepping motor)는 오픈 루프(open loop) 제어가 가능하고 디지털 신호로의 제어가 용이하며, 정지 시에 유지 토크를 가질 수 있다.
하지만, 모터의 토크가 작아서 고토크를 요구하는 분야에서는 사용되기 어려운 문제점이 있다. 그리고 특정 주파수에서는 진동, 공진 현상이 발생하기 쉽고, 관성이 있는 부하에 약하며, 고속 운전시에 탈조하기 쉽다. 또한, 보통의 드라이버로 구동시에는 권선의 인덕턴스 영향으로 인하여 권선에 충분한 전류를 흘리게 할 수 없으므로 펄스비가 상승함에 따라 토크가 저하하며 직류모터에 비해 효율이 떨어지는 문제점이 있다.
이에 따라 고토크를 얻을 수 있는 브러시리스 직류모터를 사용하여 위치 제어 또는 회전수 제어를 하고자 한다. 브러시리스 직류모터(brushless motor)는 수명이 길고 효율이 높을 뿐만 아니라 정속 제어 또는 변속 제어가 용이하다는 장점이 있다.
브러시리스 직류모터는 일반적인 직류(DC)모터에서 정류자(commutator) 역할을 하는 브러시(brush)를 제거하고 직류모터의 성질은 그대로 유지하도록 고안된 것으로, 회전자의 위치를 검출함과 동시에 회전속도를 검출하는 검출센서의 유무에 따라 센서타입(sensor type)과 센서리스타입(sensorless type)으로 구분된다.
한국 공개특허공보 특1998-013970 호를 참조하면, "센서리스 비엘디씨 전동기의 위치제어 방법"에 관하여 기재하고 있다. 전동기의 회전자에 의해 고정자에서 발생하는 역기전력을 검출하고 이 역기전력과 기준전압을 비교하며 생성되는 펄스를 다수개로 분할한다. 그리고 상기 펄스를 카운트하여 정상적인 전동기의 회전자의 위치를 기준으로 정확한 전동기의 회전자의 위치를 판단하고 그에 따른 제어신호를 출력함으로써 정확한 위치제어를 수행하는 비엘디씨 전동기에 관한 발명이다.
여기서의 제어신호에 따른 위치제어는 전동기의 회전자의 회전 위치를 제어하고자 하는 것으로, 회전자의 소정의 회전수를 제어할 수는 없다.
따라서, 상술한 문제점들을 해결하기 위한 본 발명은 센서리스타입 또는 센서타입의 브러시리스 직류모터를 사용하여 회전수 제어를 할 수 있는 브러시리스 직류모터의 제어장치 및 제어방법을 제공하고자 하는 것이다.
또한, 본 발명은 센서리스타입 브러시리스 직류모터로부터 역기전력을 검출하여 그 수를 카운트함으로써 디지털적인 방법으로 회전수가 제어되는 브러시리스 직류모터의 제어장치 및 제어방법을 제공하고자 하는 것이다.
또한, 본 발명은 센서타입 브러시리스 직류모터로부터 에프지 펄스를 검출하여 그 수를 카운트함으로써 디지털적인 방법으로 회전수가 제어되는 브러시리스 직류모터의 제어장치 및 제어방법을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 이외의 목적들은 하기의 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 고정자에 인가되는 m(m은 자연수)개 상의 인가전류에 따라 회전하는 n(n은 자연수)개 극의 회전자를 가지는 브러시리스 직류모터(Brushless DC motor)의 회전수를 제어하는 장치에 있어서, 상기 브러시리스 직류모터로부터 상기 회전자의 회전에 따른 회전 펄스수를 카운트하는 회전 검출부; 상기 브러시리스 직류모터의 회전수를 입력받고 상응하는 요구 회전량으로 변환하는 요구 회전량 입력부; 상기 회전 펄스수와 상기 요구 회전량을 비교하는 비교부; 및 상기 비교부에서의 비교 결과에 따라 상기 브 러시리스 직류모터에 인가되는 상기 인가전류를 제어하는 전류 제어부를 포함하는 브러시리스 직류모터 제어장치가 제공될 수 있다.
바람직하게는, 상기 전류 제어부는 상기 회전 펄스수가 상기 요구 회전량보다 작은 경우 상기 브러시리스 직류모터를 회전시키도록 상기 인가전류를 제어하거나, 상기 회전 펄스수가 상기 요구 회전량과 동일한 경우 상기 브러시리스 직류모터를 정지시키도록 상기 인가전류를 제어할 수 있다.
또한, 상기 브러시리스 직류모터는 센서리스타입(sensorless type)이고, 상기 회전 검출부는 상기 고정자의 다상 코일에 발생하는 역기전력의 총 검출수를 상기 회전 펄스수로 카운트할 수 있다. 여기서, 상기 요구 회전량은 (상기 회전수)×(상기 브러시리스 직류모터가 1회전시 발생하는 역기전력의 총 수)일 수 있다.
또는 상기 브러시리스 직류모터는 센서타입(sensor type)이고, 상기 회전 검출부는 상기 회전자의 회전에 의해 발생한 에프지 펄스(F/G Pulse)를 감지하는 자기센서를 포함하되, 상기 에프지 펄스의 총 검출수를 상기 회전 펄스수로 카운트할 수 있다. 여기서, 상기 요구 회전량은 (상기 회전수)×(상기 브러시리스 직류모터가 1회전시 발생하는 에프지 펄스의 총 수)일 수 있다.
또한, 상기 전류 제어부는 상기 요구 회전량 입력부에 상기 회전수가 입력된 후에 상기 브러시리스 직류모터를 구동시키는 상기 인가전류를 인가할 수 있다.
또한, 상기 전류 제어부는 상기 브러시리스 직류모터에 상기 m개 상의 인가전류를 인가하기 위한 다상 인버터를 포함할 수 있다.
상기 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 고정자의 슬롯에 인가되는 m(m은 자연수)개 상의 인가전류에 따라 회전하는 n(n은 자연수)개 극의 회전자를 가지는 브러시리스 직류모터(Brushless DC motor)의 회전수를 제어하는 방법에 있어서, (a) 상기 브러시리스 직류모터의 회전수를 입력받는 단계; (b) 상기 회전수를 상응하는 요구 회전량으로 변환하는 단계; (c) 상기 브러시리스 직류모터를 구동시키는 제1 인가전류를 인가하는 단계; (d) 상기 브러시리스 직류모터의 회전에 따른 회전 펄스수를 카운트하는 단계; (e) 상기 요구 회전량과 상기 회전 펄스수를 비교하는 단계; 및 (f) 상기 (e) 단계에서의 비교 결과에 따라 상기 브러시리스 직류모터에 제2 인가전류를 인가하는 단계를 포함하는 브러시리스 직류모터의 제어방법이 제공될 수 있다.
바람직하게는, 상기 (f) 단계는 상기 회전 펄스수가 상기 요구 회전량보다 작은 경우 상기 브러시리스 직류모터를 회전시키도록 하는 상기 제2 인가전류를 인가하고, 상기 (d) 단계 내지 (e) 단계를 반복하거나, 상기 회전 펄스수가 상기 요구 회전량과 동일한 경우 상기 브러시리스 직류모터를 정지시키도록 하는 상기 제2 인가전류를 인가할 수 있다.
또한, 상기 브러시리스 직류모터는 센서리스타입(sensorless type)이고, 상기 (d) 단계는 상기 고정자의 다상 코일에 발생하는 역기전력의 총 검출수를 상기 회전 펄스수로 카운트할 수 있다. 여기서, 상기 요구 회전량은 (상기 회전수)×(상기 브러시리스 직류모터가 1회전시 발생하는 역기전력의 총 수)일 수 있다.
또는 상기 브러시리스 직류모터는 센서타입(sensor type)이고, 상기 (d) 단 계는 상기 회전자의 회전에 의해 발생한 에프지 펄스의 총 검출수를 상기 회전 펄스수로 카운트할 수 있다. 여기서, 상기 요구 회전량은 (상기 회전수)×(상기 브러시리스 직류모터가 1회전시 발생하는 에프지 펄스의 총 수)일 수 있다.
이하의 내용은 단지 본 발명의 원리를 예시한다. 그러므로 당업자는 비록 본 명세서에 명확히 설명되거나 도시되지 않았지만, 본 발명의 원리를 구현하고 본 발명의 개념과 범위에 포함된 다양한 방법 및 이를 사용하는 장치를 발명할 수 있는 것이다. 또한, 본 발명의 원리, 관점 및 실시예들 뿐만 아니라 특정 실시예를 열거하는 모든 상세한 설명은 구조적 및 기능적 균등물을 포함하도록 의도되는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 분명해질 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 본 명세서의 설명 과정에서 이용되는 숫자(예를 들어, 제1, 제2 등)는 동일 또는 유사한 개체를 순차적으로 구분하기 위한 식별기호에 불과하다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 센서리스타입 브러시리스 직 류모터(Sensorless type Brushless DC motor)의 횡단면도이다. 도 1을 참조하면, 3상 2극을 가지는 내부 회전자형(inner rotor type)의 기본적인 센서리스타입 브러시리스 직류모터를 나타낸다.
센서리스타입 브러시리스 직류모터(100)는 케이싱(110), 고정자(120), 회전자(130), 회전축(140)을 포함하여 구성된다.
케이싱(110)은 일반적으로 원통형이지만, 다른 다양한 형태도 가능함은 물론이다.
고정자(stator)(120)는 케이싱(110)의 내부에 위치하며, 복수개(본 예에서는 3개)의 "T"형 치(齒)(125u, 125v, 125w, 이하 125라 함)에 3상 코일(U상 코일(150u), V상 코일(150v), W상 코일(150w))이 권선되어 이루어진다. 복수개의 치(125)는 축방향으로 연장되어 있고, 각 치(125) 사이에 동(同)수의 슬롯 구멍(slot opening)이 있어 그 사이로 3상 코일을 권선하는 구조이다.
회전자(rotor)(130)는 케이싱(110)의 내부에서 위치하며, 고정자(120)의 각 치(125) 안쪽에서 회전가능하게 삽입 고정되고, 회전축(140)을 중심으로 서로 다른 자성(본 예에서는 N극과 S극)이 교번하여 배치된 영구 자석으로 이루어진다.
3상 코일 즉, U상 코일(150u), V상 코일(150v), W상 코일(150w)에 3상(phase)의 인가전류가 인가되면 복수의 자성을 가진 영구자석으로 이루어진 회전자(130)는 플레밍의 왼손법칙에 따라 토크가 발생하여 회전축(140)을 중심으로 회전을 한다.
U상 코일(150u)이 감긴 치(125u)는 회전자(130)가 1회전함에 따라 N극과 S 극을 한번씩 마주하게 되며, 이에 의해 U상 코일(150u)에는 2번의 역기전력이 발생한다. 이는 V상 코일(150v), W상 코일(150w)에서도 마찬가지이다.
따라서, 회전자(130)가 1회전하는 동안에 U상 코일(150u), V상 코일(150v), W상 코일(150w)에서 발생하는 역기전력의 수는 총 6번이 된다. 즉, 센서리스 브러시리스 직류모터(100)의 회전자(130)의 회전수는 U상 코일(150u), V상 코일(150v), W상 코일(150w)에서 발생하는 역기전력의 수를 모두 더하여 6으로 나누어주면 확인이 가능하다.
고정자(120)는 3상 유도 전류를 사용함에 따라 복수개의 치(125)는 3의 배수로 형성되며, 회전자(130)는 영구자석의 N극 및 S극이 교번하여 형성된 2의 배수로 형성된다. 즉, 고정자(120)의 치(125)와 회전자(130)의 극 수의 비율은 3a:2b(a, b는 자연수)가 된다. 고정자(120)의 각 치(125)는 회전자(130)의 1회전에 의해 2b만큼의 역기전력이 발생하며, 고정자(120)의 치(125)의 개수는 3a이므로, 회전자(130)의 1회전에 의해 센서리스타입 브러시리스 직류모터(100)에서 발생하는 역기전력 수는 6ab가 된다.
도 2는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 센서타입 브러시리스 직류모터(Sensor type Brushless DC motor)의 횡단면도이다. 도 2를 참조하면, 3상 2극을 가지는 내부 회전자형의 기본적인 센서타입 브러시리스 직류모터를 나타낸다.
센서타입 브러시리스 직류모터(200)는 케이싱(110), 고정자(120), 회전자(130), 회전축(140) 및 자기센서(210)를 포함하여 구성된다.
케이싱(110)은 일반적으로 원통형이지만, 다른 다양한 형태도 가능함은 물론이다.
고정자(120)는 케이싱(110)의 내부에 위치하며, 복수개(본 예에서는 3개)의 "T"형 치(125)에 3상 코일(U상 코일(150u), V상 코일(150v), W상 코일(150w))이 권선되어 이루어진다. 복수개의 치(125)는 축방향으로 연장되어 있고, 각 치(125) 사이에 동(同)수의 슬롯 구멍이 있어 그 사이로 3상 코일을 권선하는 구조이다.
회전자(130)는 케이싱(110)의 내부에서 위치하며, 고정자(120)의 각 치(125) 안쪽에서 회전가능하게 삽입 고정되고, 회전축(140)을 중심으로 서로 다른 자성(본 예에서는 N극과 S극)이 교번하여 배치된 영구 자석으로 이루어진다.
3상 코일 즉, U상 코일(150u), V상 코일(150v), W상 코일(150w)에 3상의 인가전류가 인가되면 자성을 가진 영구자석으로 이루어진 회전자(130)는 플레밍의 왼손법칙에 따라 토크가 발생하여 회전축(140)을 중심으로 회전을 한다.
자기센서(210)는 케이싱(110)의 내부에서 회전자(130)의 위치를 검출한다. 도 2에 도시된 것처럼 2개의 치(125) 사이 공간에 배치되거나 각 치(125) 상에 배치될 수 있다. 자기센서(210)는 배치된 위치에서 회전자(130)의 회전에 따른 N극 및 S극의 근접을 감지하고, 에프지 펄스(F/G Pulse : Frequency Generator Pulse)를 생성한다.
본 예에서 자기센서(210)는 N극과 S극을 한번씩 마주하게 되며, 이에 의해 에프지 펄스는 1번 생성된다. 즉, 에프지 펄스가 1회 감지될 때마다 센서타입 브러시리스 직류모터(200)의 회전자(130)는 1회전 했음을 알 수 있다.
고정자(120)는 3상 유도 전류를 사용함에 따라 복수개의 치(125)는 3의 배수로 형성되며, 회전자(130)는 영구자석의 N극 및 S극이 교번하여 형성된 2의 배수로 형성된다. 즉, 고정자(120)의 치(125)와 회전자(130)의 극 수의 비율은 3a:2b(a, b는 자연수)가 된다. 자기센서(210)는 회전자(130)의 1회전에 의해 b만큼의 에프지 펄스를 생성시킨다.
여기서, 자기센서(210)는 홀(hall) 소자일 수 있다.
본 발명에서 브러시리스 직류모터 제어장치는 브러시리스 직류모터의 회전수를 제어한다. 브러시리스 직류모터 제어장치는 회전 검출부, 요구 회전량 입력부, 비교부 및 전류 제어부를 포함한다.
회전 검출부는 브러시리스 직류모터로부터 회전자의 회전에 따른 회전 펄스수를 카운트한다. 브러시리스 직류모터가 센서리스타입인 경우의 회전 펄스수는 다상 코일로부터 검출되는 역기전력의 수가 되고, 센서타입인 경우의 회전 펄스수는 자기센서로부터 검출되는 에프지 펄스의 수가 된다.
요구 회전량 입력부는 사용자로부터 원하는 브러시리스 직류모터의 회전수를 입력받는다. 그리고 입력받은 회전수를 상응하는 요구 회전량으로 변환한다. 변환식에 대해서는 추후 도 3 내지 도 4를 참조하여 상세히 설명한다.
비교부는 상기 회전 검출부에서의 회전 펄스수와 상기 요구 회전량 입력부에서의 요구 회전량을 비교한다.
전류 제어부는 비교부에서의 비교 결과에 따라 브러시리스 직류모터에 인가 되는 인가전류를 제어한다. 인가전류에 따라 브러시리스 직류모터는 일정속도로 회전을 계속하거나 또는 정지하게 된다.
브러시리스 직류모터를 정지시키기 위해서는 인가전류를 제로(0)로 하거나 또는 브러시리스 직류모터를 구성하는 각 고정자에 인가되는 다상의 전류를 모두 동일한 전류가 되도록 인가하여 회전자의 회전에 브레이크를 걸어주면 된다.
센서리스타입에 대해서는 이하 도 3을 참조하여, 센서타입에 대해서는 이하 도 4를 참조하여 브리서리스 직류모터 제어장치에 대하여 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 센서리스타입 브러시리스 직류모터의 제어장치의 개략적인 블록도이다. 도 3을 참조하면, 제어장치는 센서리스타입 브러시리스 직류모터(100), 전류 제어부(320), 요구 회전량 입력부(330), 비교부(340) 및 역기전력 검출부(350)를 포함한다.
센서리스타입 브러시리스 직류모터(100)는 도 1에 도시된 바와 같이 고정자(120)와 회전자(130)를 포함하며, 플레밍의 왼손법칙에 따라 전류 제어부(320)로부터 인가되는 다(多)상의 인가전류를 이용하여 회전자(130)를 회전시킨다. 고정자(120)에 감긴 다상 코일은 회전자(130)의 회전에 따라 역기전력이 발생한다. 고정자(120)는 3개의 상(phase)의 인가전류를 a쌍 수신하고, 회전자(130)는 2개의 극이 b쌍 존재하는 등 다양한 형태의 센서리스 브러시리스 직류모터 형태가 가능하다.
이하에서는 도 1에 도시된 기본적인 3상 2극 형태를 기준으로 설명한다. 하지만, 이것이 본 발명의 권리범위를 한정하지 않음은 물론이다.
역기전력 검출부(350)는 회전 검출부에 해당한다. 역기전력 검출부(350)는 센서리스타입 브러시리스 직류모터(100)로부터 발생하는 역기전력을 검출한다. 역기전력은 상기 센서리스타입 브러시리스 직류모터(100)의 고정자 중에서 3개의 "T"형 치(125)로부터 각각 2번씩 발생한다. U상 코일(150u)이 감긴 치(125u)는 회전자(130)가 1회전함에 따라 회전자(130)의 N극과 S극을 한번씩 마주하게 되며, 이에 의해 U상 코일(150u)에는 2번의 역기전력이 발생한다. 이는 V상 코일(150v), W상 코일(150w)에서도 마찬가지이다.
따라서, 회전자(130)가 1회전하는 동안에 U상 코일(150u), V상 코일(150v), W상 코일(150w)에서 발생하는 역기전력의 수는 총 6번이 된다.
N극와 S극의 이동에 따라 U상 코일(150u), V상 코일(150v), W상 코일(150w)에서 발생하는 역기전력은 시간차가 발생하게 되며, 역기전력은 시간차를 두고 순차적으로 발생하게 된다.
역기전력 검출부(350)는 역기전력이 발생할때마다 측정 역기전력 펄스수를 증가시켜 현재까지 측정된 역기전력의 수를 측정 역기전력 펄스수로 계산한다. 그리고 센서리스타입 브러시리스 직류모터(100)가 정지한 경우에는 측정 역기전력 펄스수를 다시 초기값으로 설정한 뒤, 센서리스타입 브러시리스 직류모터(100)가 다시 회전하게 되는 경우에 새로이 증가시켜 새로운 측정 역기전력 펄스수를 카운트하는 것이 바람직하다.
요구 회전량 입력부(330)는 사용자로부터 센서리스타입 브러시리스 직류모터(100)에 요구되어지는 회전수를 입력받는다. 도 1에 도시된 센서리스타입 브러시 리스 직류모터(100)는 1회전시 6번의 역기전력 발생이 동일한 시간간격을 가지고 순차적으로 감지된다. 따라서, 요구 회전량 입력부(330)는 요구되어지는 회전수를 입력받은 후에 비교부(340)에서의 비교를 위해 요구 역기전력 펄스수로 변환한다. 요구 역기전력 펄스수는 (입력된 회전수)×(현재 센서리스타입 브러시리스 직류모터의 1회전시 감지되는 총 역기전력의 수)이다. 이외에 다른 공식에 의할 수도 있다.
상기 변환은 요구 회전량 입력부(330) 외에 회전수를 입력받은 비교부(340)에서 이루어질 수도 있다.
비교부(340)는 역기전력 검출부(320)로부터 측정 역기전력 펄스수를 입력받고, 요구 회전량 입력부(330)로부터 요구 역기전력 펄스수를 입력받아 서로 비교한다.
전류 제어부(320)는 비교부(340)로부터 비교 결과를 입력받아 센서리스타입 브러시리스 직류모터(100)의 회전을 제어하는 인가전류를 센서리스타입 브러시리스 직류모터(100)에 인가한다.
비교부(340)에서의 비교 결과, 측정 역기전력 펄스수가 요구 역기전력 펄스수보다 작다면 센서리스타입 브러시리스 직류모터(100)는 아직 사용자의 요구만큼 회전을 하지 못한 상황으로, 전류 제어부(340)는 센서리스타입 브러시리스 직류모터(100)가 계속하여 회전하도록 하는 인가전류를 센서리스타입 브러시리스 직류모터(100)에 인가한다.
비교부(340)에서의 비교 결과, 측정 역기전력 펄스수가 요구 역기전력 펄스 수보다 크거나 같다면 센서리스타입 브러시리스 직류모터(100)는 사용자의 요구만큼 회전을 한 상황이므로, 전류 제어부(340)는 센서리스타입 브러시리스 직류모터(100)가 즉시 정지할 수 있도록 하는 정지전류를 센서리스타입 브러시리스 직류모터(100)에 인가하거나, 인가되던 인가전류를 중지시킨다. 이로 인해 센서리스타입 브러시리스 직류모터(100)는 회전을 멈추고 즉시 그 자리에 멈추게 된다.
전류 제어부(320)는 다상 인버터(310)를 포함할 수 있다. 다상 인버터(310)는 전류 제어부(320)에서 센서리스타입 브러시리스 직류모터(100)로 인가전류 또는 정지전류를 출력할 때 U상, V상, W상 코일에 각각 상(phase)가 다른 전류가 들어가도록 각 전류의 상을 가변시키는 부분이다.
전류 제어부(320)는 사용자에 의한 회전수의 입력이 있는 경우에 센서리스타입 브러시리스 직류모터(100)를 최초로 구동시켜 회전시킨다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 제어장치에 의해 센서리스타입 브러시리스 직류모터(100)는 사용자가 원하는 회전수만큼 회전하도록 제어가 가능해진다.
본 발명에서 각 구성요소는 서로 통합되거나 분리되어 상술한 바와 같은 기능을 수행할 수도 있으며, 이는 본 발명의 사상 내에 포함됨은 물론이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 센서타입 브러시리스 직류모터의 제어장치의 개략적인 블록도이다. 도 4를 참조하면, 제어장치는 센서타입 브러시리스 직류모터(200), 전류 제어부(420), 요구 회전량 입력부(430), 비교부 (440) 및 에프지 펄스 검출부(450)를 포함한다.
센서타입 브러시리스 직류모터(200)는 도 2에 도시된 바와 같이 고정자(120)와 회전자(130)를 포함하며, 플레밍의 왼손법칙에 따라 전류 제어부(320)로부터 인가되는 다(多)상의 인가전류를 이용하여 회전자(130)를 회전시킨다. 자기센서(210)는 회전자(130)의 회전에 따라 에프지 펄스를 생성한다. 고정자(120)는 3개의 상(phase)의 인가전류를 a쌍 수신하고, 회전자(130)는 2개의 극이 b쌍 존재하는 등 다양한 형태의 센서리스 브러시리스 직류모터 형태가 가능하다.
이하에서는 도 2에 도시된 기본적인 3상 2극 형태를 기준으로 설명한다. 하지만, 이것이 본 발명의 권리범위를 한정하지 않음은 물론이다.
에프지 펄스 검출부(450)는 회전 검출부에 해당한다. 에프지 펄스 검출부(450)는 센서타입 브러시리스 직류모터(200)로부터 생성되는 에프지 펄스를 검출한다. 에프지 펄스는 자기센서(210)가 회전자(130)의 회전에 따라 N극 및 S극을 각각 1번씩 마주할 때마다 1회 생성된다. 따라서, 본 예에서 회전자(130)의 1회전에 따라 하나의 에프지 펄스가 생성된다.
에프지 펄스 검출부(450)는 에프지 펄스가 검출될 때마다 측정 에프지 펄스수를 증가시켜 현재까지 측정된 에프지 펄스의 수를 측정 에프지 펄스수로 계산한다. 그리고 센서타입 브러시리스 직류모터(200)가 정지한 경우에는 측정 에프지 펄스수를 다시 초기값으로 설정한 뒤, 센서타입 브러시리스 직류모터(200)가 다시 회전하게 되는 경우에 새로이 증가시켜 새로운 측정 에프지 펄스수를 카운트하는 것이 바람직하다.
요구 회전량 입력부(330)는 사용자로부터 센서타입 브러시리스 직류모터(200)에 요구되어지는 회전수를 입력받는다. 도 2에 도시된 센서타입 브러시리스 직류모터(200)는 1회전시 1번의 에프지 펄스 발생이 감지된다. 따라서, 요구 회전량 입력부(330)는 요구되어지는 회전수를 입력받은 후에 비교부(340)에서의 비교를 위해 요구 에프지 펄스수로 변환한다. 요구 에프지 펄스수는 (입력된 회전수)×(현재 센서리스타입 브러시리스 직류모터의 1회전시 감지되는 총 에프지 펄스의 수)이다. 이외에 다른 공식에 의할 수도 있다.
상기 변환은 요구 회전량 입력부(330) 외에 회전수를 입력받은 비교부(340)에서 이루어질 수도 있다.
비교부(340)는 에프지 펄스 검출부(450)로부터 측정 에프지 펄스수를 입력받고, 요구 회전량 입력부(330)로부터 요구 에프지 펄스수를 입력받아 서로 비교한다.
전류 제어부(320)는 비교부(340)로부터 비교 결과를 입력받아 센서타입 브러시리스 직류모터(200)의 회전을 제어하는 인가전류를 센서타입 브러시리스 직류모터(200)에 인가한다.
비교부(340)에서의 비교 결과, 측정 에프지 펄스수가 요구 에프지 펄스수보다 작다면 센서타입 브러시리스 직류모터(200)는 아직 사용자의 요구만큼 회전을 하지 못한 상황으로, 전류 제어부(340)는 센서타입 브러시리스 직류모터(200)가 계속하여 회전하도록 하는 인가전류를 센서타입 브러시리스 직류모터(200)에 인가한다.
비교부(340)에서의 비교 결과, 측정 에프지 펄스수가 요구 에프지 펄스수보다 크거나 같다면 센서타입 브러시리스 직류모터(200)는 사용자의 요구만큼 회전을 한 상황이므로, 전류 제어부(340)는 센서타입 브러시리스 직류모터(200)가 즉시 정지할 수 있도록 하는 정지전류를 센서타입 브러시리스 직류모터(200)에 인가하거나, 인가되던 인가전류를 중지시킨다. 이로 인해 센서타입 브러시리스 직류모터(200)는 회전을 멈추고 즉시 그 자리에 멈추게 된다.
전류 제어부(320)는 다상 인버터(310)를 포함할 수 있다. 다상 인버터(310)는 전류 제어부(320)에서 센서타입 브러시리스 직류모터(200)로 인가전류 또는 정지전류를 출력할 때 U상, V상, W상 코일에 각각 상(phase)가 다른 전류가 들어가도록 각 전류의 상을 가변시키는 부분이다.
전류 제어부(320)는 사용자에 의한 회전수의 입력이 있는 경우에 센서타입 브러시리스 직류모터(200)를 최초로 구동시켜 회전시킨다.
본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 제어장치에 의해 센서타입 브러시리스 직류모터(200)는 사용자가 원하는 회전수만큼 회전하도록 제어가 가능해진다.
본 발명에서 각 구성요소는 서로 통합되거나 분리되어 상술한 바와 같은 기능을 수행할 수도 있으며, 이는 본 발명의 사상 내에 포함됨은 물론이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 도 1에 도시된 센서리스타입 브러시리스 직류모터(100)의 제어방법의 흐름도이다.
도 5를 참조하면, 단계 S505에서, 사용자는 요구 회전량 입력부(330)를 통 해 센서리스타입 브러시리스 직류모터(100)에 요구되어지는 회전수를 입력한다. 이때 역기전력 검출부(350)의 측정 역기전력 펄스수는 기본 값으로 설정되는 것이 바람직하다.
단계 S510에서, 요구 회전량 입력부(330)는 입력된 회전수를 센서리스타입 브러시리스 직류모터(100)의 특성에 따라 정해진 공식에 의해 요구 역기전력 펄스수로 변환한다. 요구 역기전력 펄스수는 (입력된 회전수)×(1회전시 감지되는 역기전력의 수) 일 수 있다. 이외에 다른 공식에 의할 수도 있다. 상기 변환은 요구 회전량 입력부(330) 외에 회전수를 입력받은 비교부(340)에서 이루어질 수도 있다.
단계 S515에서, 전류 제어부(320)는 사용자에 의한 회전수의 입력이 있는 경우에 센서리스타입 브러시리스 직류모터(100)를 최초로 구동시켜 회전시킨다.
단계 S520에서, 역기전력 검출부(350)는 센서리스타입 브러시리스 직류모터(100)의 회전에 따라 발생하는 역기전력을 검출하고, 현재까지 발생되어 측정된 측정 역기전력 펄스수를 계산한다.
단계 S525에서, 비교부(340)는 요구 역기전력 펄스수와 측정 역기전력 펄스수를 비교한다.
비교 결과 측정 역기전력 펄스수가 요구 역기전력 펄스수와 동일하다면 센서리스타입 브러시리스 직류모터(100)는 사용자의 요구만큼 회전을 한 상황이므로, 단계 S530으로 진행한다. 전류 제어부(340)는 센서리스타입 브러시리스 직류모터(100)가 즉시 정지할 수 있도록 하는 정지전류를 센서리스타입 브러시리스 직류모터(100)에 인가하거나, 인가되던 인가전류를 중지시킨다. 이로 인해 센서리스타입 브러시리스 직류모터(100)는 회전을 멈추고 즉시 그 자리에 멈추게 된다.
하지만, 비교 결과 측정 역기전력 펄스수가 요구 역기전력 펄스수보다 작다면 센서리스타입 브러시리스 직류모터(100)는 아직 사용자의 요구만큼 회전을 하지 못한 상황으로, 단계 S515로 되돌아가서 전류 제어부(340)는 센서리스타입 브러시리스 직류모터(100)가 계속하여 회전하도록 하는 인가전류를 센서리스타입 브러시리스 직류모터(100)에 인가한다. 그리고 단계 S515 내지 단계 S525를 반복한다.
도 6은 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 도 2에 도시된 센서타입 브러시리스 직류모터(200)의 제어방법의 흐름도이다.
도 6을 참조하면, 단계 S605에서, 사용자는 요구 회전량 입력부(430)를 통해 센서타입 브러시리스 직류모터(200)에 요구되어지는 회전수를 입력한다. 이때 에프지 펄스 검출부(450)의 측정 에프지 펄스수는 기본 값으로 설정되는 것이 바람직하다.
단계 S610에서, 요구 회전량 입력부(430)는 입력된 회전수를 센서타입 브러시리스 직류모터(200)의 특성에 따라 정해진 공식에 의해 요구 에프지 펄스수로 변환한다. 요구 에프지 펄스수는 (입력된 회전수)×(1회전시 감지되는 에프지 펄스의 수) 일 수 있다. 이외에 다른 공식에 의할 수도 있다. 상기 변환은 요구 회전량 입력부(430) 외에 회전수를 입력받은 비교부(440)에서 이루어질 수도 있다.
단계 S615에서, 전류 제어부(420)는 사용자에 의한 회전수의 입력이 있는 경우에 센서타입 브러시리스 직류모터(200)를 최초로 구동시켜 회전시킨다.
단계 S620에서, 에프지 펄스 검출부(450)는 센서타입 브러시리스 직류모터(200)의 회전에 따라 발생하는 에프지 펄스를 검출하고, 현재까지 발생되어 측정된 측정 에프지 펄스수를 계산한다.
단계 S625에서, 비교부(440)는 요구 에프지 펄스수와 측정 에프지 펄스수를 비교한다.
비교 결과 측정 에프지 펄스수가 요구 에프지 펄스수와 동일하다면 센서타입 브러시리스 직류모터(200)는 사용자의 요구만큼 회전을 한 상황이므로, 단계 S630으로 진행한다. 전류 제어부(440)는 센서타입 브러시리스 직류모터(200)가 즉시 정지할 수 있도록 하는 정지전류를 센서타입 브러시리스 직류모터(200)에 인가하거나, 인가되던 인가전류를 중지시킨다. 이로 인해 센서타입 브러시리스 직류모터(200)는 회전을 멈추고 즉시 그 자리에 멈추게 된다.
하지만, 비교 결과 측정 에프지 펄스수가 요구 에프지 펄스수보다 작다면 센서타입 브러시리스 직류모터(200)는 아직 사용자의 요구만큼 회전을 하지 못한 상황으로, 단계 S615로 되돌아가서 전류 제어부(440)는 센서타입 브러시리스 직류모터(200)가 계속하여 회전하도록 하는 인가전류를 센서타입 브러시리스 직류모터(200)에 인가한다. 그리고 단계 S615 내지 단계 S625를 반복한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 브러시리스 직류모터의 제어장치 및 제어방법은 브러시리스 직류모터를 사용하여 소정의 회전수 제어를 할 수 있다.
또한, 센서리스타입 브러시리스 직류모터로부터 역기전력을 검출하여 그 수를 카운트함으로써 디지털적인 방법으로 회전수가 제어될 수 있다.
또한, 센서타입 브러시리스 직류모터로부터 에프지 펄스를 검출하여 그 수를 카운트함으로써 디지털적인 방법으로 회전수가 제어될 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (16)

  1. 고정자에 인가되는 m(m은 자연수)개 상의 인가전류에 따라 회전하는 n(n은 자연수)개 극의 회전자를 가지는 브러시리스 직류모터(Brushless DC motor)의 회전수를 제어하는 장치에 있어서,
    상기 브러시리스 직류모터로부터 상기 회전자의 회전에 따른 회전 펄스수를 카운트하는 회전 검출부;
    상기 브러시리스 직류모터의 회전수를 입력받고 상응하는 요구 회전량으로 변환하는 요구 회전량 입력부;
    상기 회전 펄스수와 상기 요구 회전량을 비교하는 비교부; 및
    상기 비교부에서의 비교 결과에 따라 상기 브러시리스 직류모터에 인가되는 상기 인가전류를 제어하는 전류 제어부
    를 포함하는 브러시리스 직류모터 제어장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전류 제어부는 상기 회전 펄스수가 상기 요구 회전량보다 작은 경우 상기 브러시리스 직류모터를 회전시키도록 상기 인가전류를 제어하는 것을 특징으로 하는 브러시리스 직류모터 제어장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전류 제어부는 상기 회전 펄스수가 상기 요구 회전량과 동일한 경우 상기 브러시리스 직류모터를 정지시키도록 상기 인가전류를 제어하는 것을 특징으로 하는 브러시리스 직류모터 제어장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 브러시리스 직류모터는 센서리스타입(sensorless type)이고,
    상기 회전 검출부는 상기 고정자의 다상 코일에 발생하는 역기전력의 총 검출수를 상기 회전 펄스수로 카운트하는 것을 특징으로 하는 브러시리스 직류모터 제어장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 요구 회전량은 (상기 회전수)×(상기 브러시리스 직류모터가 1회전시 발생하는 역기전력의 총 수)인 것을 특징으로 하는 브러시리스 직류모터 제어장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 브러시리스 직류모터는 센서타입(sensor type)이고,
    상기 회전 검출부는 상기 회전자의 회전에 의해 발생한 에프지 펄스(F/G Pulse)를 감지하는 자기센서를 포함하되,
    상기 에프지 펄스의 총 검출수를 상기 회전 펄스수로 카운트하는 것을 특징으로 하는 브러시리스 직류모터 제어장치.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 요구 회전량은 (상기 회전수)×(상기 브러시리스 직류모터가 1회전시 발생하는 에프지 펄스의 총 수)인 것을 특징으로 하는 브러시리스 직류모터 제어장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 전류 제어부는 상기 요구 회전량 입력부에 상기 회전수가 입력된 후에 상기 브러시리스 직류모터를 구동시키는 상기 인가전류를 인가하는 것을 특징으로 하는 브러시리스 직류모터 제어장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 전류 제어부는 상기 브러시리스 직류모터에 상기 m개 상의 인가전류를 인가하기 위한 다상 인버터를 포함하는 브러시리스 직류모터 제어장치.
  10. 고정자의 슬롯에 인가되는 m(m은 자연수)개 상의 인가전류에 따라 회전하는 n(n은 자연수)개 극의 회전자를 가지는 브러시리스 직류모터(Brushless DC motor)의 회전수를 제어하는 방법에 있어서,
    (a) 상기 브러시리스 직류모터의 회전수를 입력받는 단계;
    (b) 상기 회전수를 상응하는 요구 회전량으로 변환하는 단계;
    (c) 상기 브러시리스 직류모터를 구동시키는 제1 인가전류를 인가하는 단계;
    (d) 상기 브러시리스 직류모터의 회전에 따른 회전 펄스수를 카운트하는 단계;
    (e) 상기 요구 회전량과 상기 회전 펄스수를 비교하는 단계; 및
    (f) 상기 (e) 단계에서의 비교 결과에 따라 상기 브러시리스 직류모터에 제2 인가전류를 인가하는 단계
    를 포함하는 브러시리스 직류모터의 제어방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 (f) 단계는 상기 회전 펄스수가 상기 요구 회전량보다 작은 경우 상기 브러시리스 직류모터를 회전시키도록 하는 상기 제2 인가전류를 인가하고, 상기 (d) 단계 내지 (e) 단계를 반복하는 것을 특징으로 하는 브러시리스 직류모터 제어방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 (f) 단계는 상기 회전 펄스수가 상기 요구 회전량과 동일한 경우 상기 브러시리스 직류모터를 정지시키도록 하는 상기 제2 인가전류를 인가하는 것을 특징으로 하는 브러시리스 직류모터 제어방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 브러시리스 직류모터는 센서리스타입(sensorless type)이고,
    상기 (d) 단계는 상기 고정자의 다상 코일에 발생하는 역기전력의 총 검출수를 상기 회전 펄스수로 카운트하는 것을 특징으로 하는 브러시리스 직류모터 제어방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 요구 회전량은 (상기 회전수)×(상기 브러시리스 직류모터가 1회전시 발생하는 역기전력의 총 수)인 것을 특징으로 하는 브러시리스 직류모터 제어방법.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 브러시리스 직류모터는 센서타입(sensor type)이고,
    상기 (d) 단계는 상기 회전자의 회전에 의해 발생한 에프지 펄스의 총 검출수를 상기 회전 펄스수로 카운트하는 것을 특징으로 하는 브러시리스 직류모터 제어방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 요구 회전량은 (상기 회전수)×(상기 브러시리스 직류모터가 1회전시 발생하는 에프지 펄스의 총 수)인 것을 특징으로 하는 브러시리스 직류모터 제어방법.
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