KR100725811B1 - 비엘디시 모터의 구동장치 및 구동방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 비엘디시(Brushless Direct Current : BLDC) 모터의 구동장치 및 구동방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 3상의 코일에 보조권선을 마련하여 CT(Current Transformer) 등 고가의 장비를 이용하지 않고서도 회전자의 위치를 검출하여 정현파 제어를 구현하는 비엘디시 모터의 구동장치 및 구동방법에 관한 것이다. 정현파 제어를 구현하기 위해 본 발명의 비엘디시 모터의 구동장치는 3상 코일이 감겨진 고정자와 상기 고정자내에 수용되어 회전하는 회전자와, 상기 회전자의 회전에 따라 상기 고정자에 유기되는 역기전력을 검출하기 위해 상기 고정자의 3상 코일에 각각 감겨진 보조권선과, 상기 보조권선에 유기되는 역기전력을 이용하여 상기 회전자의 위치를 검출하는 위치검출부와, 상기 위치검출부의 위치신호를 이용하여 제어신호를 출력하는 제어부를 포함한다.

Description

비엘디시 모터의 구동장치 및 구동방법{Driving Apparatus and Driving Method of BLDC motor}

도 1은 일반적인 센서리스 비엘디시 모터의 구동장치의 개략도.

도 2는 본 발명에 따른 비엘디시 모터의 구동장치의 개략도.

도 3은 본 발명에 따른 분포권방식과 집중권방식의 비엘디시 모터의 유도기전력의 출력파형과 PWM방식의 정현파제어를 나타내는 도면.

*도면의 주요부분에 대한 부호 설명*

10 : AC전원 12 : 정류부

22 : 파워모듈 20a, 20b, 20c : 3상 권선

16 : 제어부 18 : 위치 검출부

22a, 22b, 22c : 보조 권선

본 발명은 비엘디시(Brushless Direct Current : BLDC) 모터의 구동장치 및 구동방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 3상의 코일에 보조권선을 마련하여 CT(Current Transformer) 등 고가의 장비를 이용하지 않고서도 회전자의 위치를 검 출하여 정현파 제어를 구현하는 비엘디시 모터의 구동장치 및 구동방법에 관한 것이다.

일반적으로, 비엘디시 모터는 고정자에 3상의 코일을 감아 회전자계를 형성하고 회전자에는 영구자석을 부착하여 고정자에서 형성된 자계와 영구자석의 자계와의 상호작용에 의해 회전력을 얻는 직류모터의 일종이다.

비엘디시 모터는 운전의 편의성과 회전수 조절의 용이성 등의 직류모터의 장점을 모두 포함하면서 직류모터의 단점인 브러시를 없애 소음과 유지비를 저감함으로써 최근 다양한 분야에 많이 사용되고 있다. 비엘디시 모터는 회전자의 위치를 검출하여 검출된 회전자의 위치에 따라 파워구동모듈에 제어신호를 인가하여 적절한 전류를 고정자의 3상 코일에 흘려 줌으로써 회전자의 자계와 고정자에 인가된 전류에 의한 자계의 상호작용에 의해 회전력을 얻는다.

이러한 비엘디시 모터의 회전에 있어서 회전자의 위치의 검출이 필수적인데 회전자의 위치를 검출하기 위해 자속의 변화에 따라 전위차가 달라지는 홀센서를 사용하거나 각 상에 CT(Current Transformer)를 설치하여 회전자의 위치를 파악한다.

도 1은 일반적인 센서리스 비엘디시 모터의 구동장치를 나타낸 개략도이다.

센서리스 비엘디시 모터의 구동장치는 AC전원(10)의 교류를 정류하는 정류부(12)와 3상 코일(20a~c)에 전원을 인가하는 파워모듈(22)과 3상 코일(20a~c)에 유기되는 역기전력을 이용하여 회전자의 위치를 검출하는 위치검출부(18)와 이를 통해 구동제어신호를 출력하는 제어부(16) 및 파워모듈을 구동하는 파워모듈 구동부 (14)를 포함하여 구성된다. 파워모듈(22)은 복수의 스위치로 구성되고 2상에 전원이 인가되도록 적절히 온/오프된다. 위치검출부(18)은 3상 코일(20a~c)에 유기되는 역기전력에서 회전자의 위치를 파악하기 위해 전류가 인가되지 않은 상의 역기전력에서 제로크로싱포인트(zero crossing point) 검출하여 회전자의 위치를 파악하게 된다.

그러나 이상의 비엘디시 모터는 홀센서를 이용하는 경우 고온, 고압 환경 하에서 동작하는 모터에는 취부가 불가능하여 압축기 등의 구동에는 사용할 수 없는 문제점이 있고 CT를 이용한 위치검출은 180도 통전 제어를 이용할 수 있고 정확한 위치검출이 가능하여 소음 진동 등의 부분에서 양호한 특성을 보이나 구동 알고리즘이 복잡하고 가격이 상승하는 문제점이 있다.

또한, 역기전력에 의한 회전자의 위치검출은 2상에만 통전을 하여야 하므로 120도 통전 제어방식을 사용하게 되어 토크 리플이나 소음 진동이 커지는 문제점이 있다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 BLDC모터의 정현파 제어를 위해 저렴하고 간단하게 회전자의 위치를 검출할 수 있는 비엘디시 모터의 구동장치 및 구동방법을 제공함에 있다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 비엘디시 모터의 구동장치는 3상 코일이 감겨진 고정자와 상기 고정자내에 수용되어 회전하는 회전자와, 상기 회전자의 회전에 따라 상기 고정자에 유기되는 역기전력을 검출하기 위해 상기 고정자의 3상 코일에 각각 감겨진 보조권선과, 상기 보조권선에 유기된 역기전력을 입력받아 기준전압과 비교하여 제로 크로싱 포인트(ZCP) 검출 신호를 출력하는 복수의 비교기로 구성되어 상기 보조권선에 유기되는 역기전력을 이용하여 상기 회전자의 위치를 검출하는 위치검출부와, 상기 위치검출부의 위치신호를 이용하여 제어신호를 출력하는 제어부를 포함한다.

또한, 상기 제어부는 상기 위치검출부의 위치신호를 이용하여 상기 고정자의 3상 코일에 180도 통전의 정현파 제어신호를 출력하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제어부는 상기 180도 통전의 정현파 제어신호를 PWM방식으로 출력하는 것을 특징으로 한다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 비엘디시 모터의 구동방법은 3상 코일이 감겨진 고정자와 상기 고정자내에 수용되어 회전하는 회전자와 상기 고정자의 3상 코일에 구동전원을 인가하는 파워모듈을 포함하는 비엘디시 모터의 구동방법에 있어서, 상기 고정자의 3상 코일에 각각 보조권선을 감아 상기 보조권선에 유기되는 역기전력을 입력받아 기준전압과 비교하여 제로 크로싱 포인트(ZCP) 검출 신호를 출력하고; 상기 제로 크로싱 포인트 검출 신호를 이용하여 상기 회전자의 위치를 검출하고 상기 검출된 회전자의 위치에 대응하여 상기 파워모듈에 구동제어신호를 인가하여 모터를 구동한다.

삭제

또한, 상기 검출된 회전자의 위치에 대응하는 상기 구동제어신호는 180도 통전의 정현파 제어신호인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 180도 통전의 정현파 제어신호를 PWM방식으로 출력하는 것을 특징으로 한다.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 본 도면을 참조하여 상세하게 설명하도록 한다.

도 2는 본 발명에 따른 비엘디시 모터의 개략도이다. 본 발명에 따른 비엘디시 모터의 구동장치는 AC전원(10)으로부터의 교류를 정류하는 정류부(12)와 복수의 스위칭 소자를 포함하여 구성되는 파워모듈(22)과 파워모듈(22)의 스위칭 소자의 온/오프신호를 출력하는 파워모듈구동부(14)와 파워모듈구동부(14)에 구동제어신호를 출력하는 제어부(16)를 포함하여 구성된다. 또한, 고정자에 유기되는 역기전력을 이용하여 회전자의 위치를 파악하기 위해 기준전압과 역기전력을 비교하여 제로크로싱포인트(zero crossing point) 검출신호를 출력하는 복수의 비교기로 구성되는 위치검출부(18)를 포함하여 구성된다.

본 발명에 따른 비엘디시 모터는 종래와 달리 고정자의 3상 코일(20a~c)에 각각 보조권선(22a~c)을 더 권취하고 이를 위치검출부(18)와 연결한다. 따라서 회전자의 회전에 의해 보조권선(22a~c)에도 역기전력이 발생하고 보조권선(22a~c)에 유기되는 역기전력을 이용하여 회전자의 위치를 검출하게 된다. 따라서 본 발명은 보조권선(22a~c)을 통해 회전자의 위치를 검출하므로 고정자의 3상 코일(20a~c) 모두에 전원을 인가할 수 있다. 즉, 180도 통전 제어를 할 수 있으므로 120도 통전 제어에 따라 사다리꼴의 구형파가 인가되어 나타나는 코깅토크 및 그로 인한 진동과 소음을 저감할 수 있는 효과가 있다. 또한, 종래에 이러한 180도 통전제어를 위 해서 홀센서나 CT를 마련하여 회전자의 위치를 검출하였으나 이러한 장비는 고가이거나 압축기 등에 사용하기가 불가능한 문제점이 있었다. 본 발명은 보조권선을 이용하여 역기전력을 검출하고 위치검출기를 그대로 사용하여 벡터제어 등 복잡한 알고리즘을 이용하지 않고도 간편하게 비엘디시 모터를 구동제어할 수 있다.

도 3은 본 발명에 따른 분포권방식과 집중권방식의 비엘디시 모터의 유도기전력의 출력파형과 PWM방식의 정현파제어를 나타내는 도면이다. 집중권방식은 고정자의 각 티스(Teeth)에 각 상의 코일을 일정한 권수로 권취하는 방식이고 분포권방식은 각 티스에 여러 상의 코일을 일정한 비율로 권취하는 방식을 말한다. 따라서 집중권방식의 경우 도 3에 도시된 바와 같이 사다리꼴의 구형파로 역기전력이 검출되는 반면 분포권의 경우 정현파의 역기전력이 검출된다. 본 발명에 따른 비엘디시 모터는 보조권선을 이용하여 역기전력을 검출하므로 어느 방식이나 구동제어에는 문제가 없으나 진동 및 소음을 고려할 때 분포권방식에서 더욱 효율적으로 구동하게 된다.

역기전력의 파형에 따라 고정자의 3상 코일(20a~c)에 전류를 인가하게 되는데 본 발명의 비엘디시 모터의 구동장치는 보조권선(22a~c)을 통해 역기전력을 검출하게 되어 3상에 모두 전원을 인가할 수 있고 일예로 분포권방식을 사용할 경우 180도의 통전의 정현파 제어신호를 사용할 수 있게 된다. 본 발명에서는 정현파 제어신호를 복잡한 벡터제어 등의 알고리즘을 이용하지 않고도 보조권선(22a~c)을 통해 검출된 회전자의 위치를 기초로 도 3의 하부에 도시된 바와 같이 PWM방식의 정현파 제어신호를 사용할 수 있게 되어 간편하게 고효율의 정현파 구동을 실현할 수 있다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명은 각 상에 감겨진 보조권선을 이용하여 역기전력을 검출함으로써 저렴하고 간단하게 정현파제어를 할 수 있는 효과가 있다.

또한, 정현파제어를 PWM방식으로 하게 되어 벡터제어에 필요한 비용 및 개발시간을 줄일 수 있는 효과가 있다.

또한, 정현파제어를 사용함에 따라 고효율화 및 소음진동을 저감하게 되는 효과가 있다.

Claims (7)

1. 3상 코일이 감겨진 고정자와 상기 고정자내에 수용되어 회전하는 회전자와,

   상기 회전자의 회전에 따라 상기 고정자에 유기되는 역기전력을 검출하기 위해 상기 고정자의 3상 코일에 각각 감겨진 보조권선과,

   상기 보조권선에 유기된 역기전력을 입력받아 기준전압과 비교하여 제로 크로싱 포인트(ZCP) 검출 신호를 출력하는 복수의 비교기로 구성되어 상기 보조권선에 유기되는 역기전력을 이용하여 상기 회전자의 위치를 검출하는 위치검출부와,

   상기 위치검출부의 위치신호를 이용하여 제어신호를 출력하는 제어부를 포함하는 비엘디시 모터의 구동장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 제어부는 상기 위치검출부의 위치신호를 이용하여 상기 고정자의 3상 코일에 180도 통전의 정현파 제어신호를 출력하는 것이 특징인 비엘디시 모터의 구동장치.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 제어부는 상기 180도 통전의 정현파 제어신호를 PWM방식으로 출력하는 것이 특징인 비엘디시 모터의 구동장치.
4. 삭제
5. 3상 코일이 감겨진 고정자와 상기 고정자내에 수용되어 회전하는 회전자와 상기 고정자의 3상 코일에 구동전원을 인가하는 파워모듈을 포함하는 비엘디시 모터의 구동방법에 있어서,

   상기 고정자의 3상 코일에 각각 보조권선을 감아 상기 보조권선에 유기되는 역기전력을 입력받아 기준전압과 비교하여 제로 크로싱 포인트(ZCP) 검출 신호를 출력하고;

   상기 제로 크로싱 포인트 검출 신호를 이용하여 상기 회전자의 위치를 검출하고 상기 검출된 회전자의 위치에 대응하여 상기 파워모듈에 구동제어신호를 인가하여 모터를 구동하는 비엘디시 모터의 구동방법.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 검출된 회전자의 위치에 대응하는 상기 구동제어신호는 180도 통전의 정현파 제어신호인 것이 특징인 비엘디시 모터의 구동방법.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 180도 통전의 정현파 제어신호를 PWM방식으로 출력하는 것이 특징인 비엘디시 모터의 구동방법.

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