KR100841320B1 - control system of a motor and control method of the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 모터의 회전속도를 감지하여 전원의 위상각을 조정하여 줌으로써 효율을 높일 수 있는 모터 제어 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a motor control system that can increase the efficiency by adjusting the phase angle of the power by sensing the rotational speed of the motor.

본 발명은 회전자 및 자계를 형성하여 회전자에 회전력을 발생시키는 고정자 코일을 포함하는 고정자를 구비한 모터; 상기 회전자의 회전 속도에 따라 상기 고정자 코일에 입력되는 전원의 위상각을 가변시키는 마이컴을 포함하는 모터 제어 시스템을 제공한다.The present invention includes a motor having a stator including a stator coil which forms a rotor and a magnetic field to generate rotational force to the rotor; It provides a motor control system including a microcomputer for varying the phase angle of the power input to the stator coil in accordance with the rotational speed of the rotor.

모터, 제어 시스템, 션트 저항, 전류, 검출, 위상각 Motor, control system, shunt resistor, current, detection, phase angle

Description

모터 제어 시스템 및 그 제어방법{control system of a motor and control method of the same}Control system of a motor and control method of the same

도 1은 외전형 비엘디씨 모터의 로터를 나타낸 사시도.1 is a perspective view showing a rotor of an abduction type BC motor.

도 2는 외전형 비엘디씨 모터의 스테이터를 나타낸 사시도.2 is a perspective view showing a stator of an abduction type BC motor.

도 3은 종래 모터 제어 시스템의 전류 검출 회로를 나타낸 회로도.3 is a circuit diagram showing a current detection circuit of a conventional motor control system.

도 4는 종래 모터 제어 시스템의 운전중의 위상각을 나타낸 그래프.4 is a graph showing a phase angle during operation of a conventional motor control system.

도 5는 본 발명에 따른 모터제어 시스템의 전류 검출 회로를 나타낸 회로도.5 is a circuit diagram showing a current detection circuit of the motor control system according to the present invention.

도 6은 본 발명에 따른 모터제어 시스템의 운전중의 위상각을 나타낸 그래프.Figure 6 is a graph showing the phase angle during operation of the motor control system according to the present invention.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings

10: 로터 20: 스테이터10: rotor 20: stator

21: 프레임 22: 권선부21: frame 22: winding

22a: 코일22a: coil

본 발명은 모터에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전류를 감지하여 전원의 위상을 가변할 수 있는 모터 제어 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a motor, and more particularly to a motor control system capable of varying the phase of the power supply by sensing the current.

일반적으로, 모터는 회전자인 영구자석이 고정자의 외부 또는 내부에 있는지에 따라 외전형(Outer Rotor Type)과 매입형(Inner Rotor Type)의 두가지로 나뉘는데, 본 발명은 두가지 타입에 모두 적용 가능하며, 여기서는 외전형 비엘디씨(BLDC) 모터를 예로 들어 설명하기로 한다.In general, a motor is divided into an outer rotor type and an inner rotor type according to whether a permanent magnet, which is a rotor, is inside or outside the stator. The present invention is applicable to both types. Here, a description will be given by taking an abduction type BLDC motor as an example.

도 1은 종래 비엘디씨 모터를 이루는 로터를 나타낸 사시도이고, 도 2는 스테이터를 나타낸 사시도이다.1 is a perspective view showing a rotor constituting a conventional BCD motor, Figure 2 is a perspective view showing a stator.

도 1 및 도 2에서와 같이, 본 발명의 비엘디씨 모터는 다수의 철심을 적층 시킨 후 코일(22a)을 감아 상기 코일(22a)을 통해 전류를 흐르게 함으로써 회전자계를 형성하는 스테이터(20)와, 영구자석(11)을 구비하여 상기 스테이터(20)에 의해 형성된 회전자계로 인해 회전되어 구동력을 발생시키는 로터(10)가 포함된다.As shown in FIGS. 1 and 2, the BCD motor of the present invention has a stator 20 that forms a rotating magnetic field by laminating a plurality of iron cores and winding a coil 22a to flow a current through the coil 22a. The rotor 10 includes a permanent magnet 11 and rotates due to the rotor magnetic field formed by the stator 20 to generate a driving force.

상기 스테이터(20)는, 다수의 링형 철심이 적층되어 형성된 프레임(21)과, 상기 프레임(21) 외주연을 따라 형성된 권선부(22)와, 상기 권선부(22)에 감겨 회전계자를 발생시키는 코일(22a)과, 상기 프레임(21) 내주연에 내향 돌출되어 상대물에 구비된 체결용 보스(미도시)에 고정되는 다수개의 체결용 리브(23)를 가진다.The stator 20 includes a frame 21 formed by stacking a plurality of ring-shaped iron cores, a winding part 22 formed along the outer circumference of the frame 21, and a winding of the winding part 22 to generate a rotating field. It has a coil 22a and a plurality of fastening ribs 23 projecting inwardly on the inner circumference of the frame 21 and fixed to fastening bosses (not shown) provided in the counterpart.

상기와 같은 종래의 비엘디씨 모터는 다음과 같이 동작한다.The conventional BCD motor as described above operates as follows.

즉, 로터(10)의 영구자석(11)에 의해 발생하는 플럭스가 스테이터(20)의 코일(22a)과 상호작용을 일으켜 토오크를 발생하고, 이와 함께 스테이터(20)의 코일(22a)에 인가되는 전류에 의한 자극과 상기 영구자석의 자력에 의한 자극의 상대적인 위치에 따라서 자기저항의 차이가 발생하며, 이 자기저항의 차이에 의한 자기저항 토오 크가 발생하여 상기한 로터(10)가 회전을 하게 되는 것이다. 여기서, 모터의 속도는 듀티비를 변경하여 제어하는 방식을 선택하고 있다.That is, the flux generated by the permanent magnet 11 of the rotor 10 interacts with the coil 22a of the stator 20 to generate torque, and is applied to the coil 22a of the stator 20 together with the flux. The difference in the magnetoresistance is generated according to the relative position of the magnetic pole by the electric current and the magnetic force of the permanent magnet, and the magnetoresistance torque is generated by the difference in the magnetoresistance so that the rotor 10 rotates. Will be done. Here, the speed of the motor is selected by changing the duty ratio.

종래의 모터 제어 시스템에 구비된 전류 검출 회로는 도 3과 같이, 저항 R1과 R2의 중간지점에서 위상각 전압을 검출하는 구조로 되어 있다. 상기 전류 검출 회로(1)는 모터 내부에 구비되는 경우가 있으며, 필요에 따라서 시스템에 별도로 설치되는 것도 가능하다. 이와 같은 전류 검출 회로(1)에서는 전원 전압의 듀티비, 즉 온오프 시간의 비율과 무관하게 동일한 위상각 전압이 마이컴(2)의 입력포트로 입력된다.The current detection circuit provided in the conventional motor control system is configured to detect the phase angle voltage at the midpoint of the resistors R1 and R2 as shown in FIG. The current detection circuit 1 may be provided inside the motor, and may be separately installed in the system as necessary. In the current detection circuit 1, the same phase angle voltage is input to the input port of the microcomputer 2 regardless of the duty ratio of the power supply voltage, that is, the ratio of the on-off time.

도 4에서와 같이, 종래의 모터는 모터의 속도와 관계없이 리드(lead) 각이 일정하므로, 고정자와 회전자가 일정한 위치에 놓였을 때에 전원의 극성이 바뀐다. 따라서, 모터의 속도가 가변되면 영구자석과 코일간에 힘이 작용하는 거리를 다르게 할 필요가 있음에도 이를 고려하지 않으므로, 전력 효율이 낮아지는 문제점이 있었다.As shown in FIG. 4, since the lead angle of the conventional motor is constant regardless of the speed of the motor, the polarity of the power source is changed when the stator and the rotor are placed at a constant position. Therefore, when the speed of the motor is variable, even if it is necessary to vary the distance the force acting between the permanent magnet and the coil does not consider this, there is a problem that the power efficiency is lowered.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 모터의 속도가 변경되면 최적의 운전효율을 발휘하도록 전원의 위상각을 변경할 수 있는 모터 제어 시스템 및 그 제어방법을 제공하는 것이다.The present invention is to solve the above problems, it is an object of the present invention to provide a motor control system and a control method that can change the phase angle of the power supply to achieve the optimum operating efficiency when the speed of the motor is changed. .

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 회전자 및 자계를 형성하여 회전자에 회전력을 발생시키는 고정자 코일을 포함하는 고정자를 구비한 모터; 상기 회전 자의 회전 속도에 따라 상기 고정자 코일에 입력되는 전원의 위상각을 가변시키는 마이컴을 포함하는 모터 제어 시스템을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention is a motor having a stator including a stator coil to form a rotor and a magnetic field to generate a rotational force to the rotor; It provides a motor control system including a microcomputer for varying the phase angle of the power input to the stator coil in accordance with the rotational speed of the rotor.

또한, 상기 마이컴은 회전자의 회전 속도가 증가되면 전원의 위상각을 증가시키는 것이 특징이다.In addition, the microcomputer is characterized by increasing the phase angle of the power source when the rotational speed of the rotor is increased.

그리고, 상기 고정자 코일에 입력되는 전압의 듀티비가 커질수록 상기 회전자의 회전 속도는 커진다.As the duty ratio of the voltage input to the stator coil increases, the rotation speed of the rotor increases.

이때, 전압의 듀티비가 커지면 상기 모터에 흐르는 전류가 증가하게 된다.At this time, when the duty ratio of the voltage increases, the current flowing in the motor increases.

그리고, 전류의 변화를 감지하는 션트(shunt) 저항을 더 구비한 것이 특징이다.And it is characterized by further comprising a shunt (shunt) resistance for detecting a change in current.

또한, 상기 션트 저항은 상기 마이컴의 입력 포트와 병렬로 연결된 것이 바람직하다.In addition, the shunt resistor is preferably connected in parallel with the input port of the microcomputer.

한편, 본 발명은 모터에 흐르는 전류의 변화를 감지하는 전류감지단계; 상기 전류감지단계에서 감지된 전류 변화에 따라 마이컴이 구동 전원의 위상각을 변경하는 위상각 변경단계로 이루어진 모터의 제어방법을 제공한다.On the other hand, the present invention includes a current sensing step of detecting a change in the current flowing in the motor; A control method of a motor comprising a phase angle changing step of changing a phase angle of a driving power source by a microcomputer according to a change in current sensed in the current sensing step is provided.

이때, 상기 전류는 션트 저항에 공급된 전압의 듀티비에 따라 변하는 것이 바람직하다.At this time, the current is preferably changed according to the duty ratio of the voltage supplied to the shunt resistor.

그리고, 상기 전류감지단계에서 전류의 증가가 감지되면, 상기 위상각 변경단계는 구동 전원의 위상각을 더 진상으로 변경함을 특징으로 한다.In addition, when the increase of the current is detected in the current sensing step, the phase angle changing step is characterized in that the phase angle of the driving power source is further changed.

이하 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, preferred embodiments of the present invention that can specifically realize the above object will be described.

도 5에서와 같이, 본 발명의 모터 제어 시스템은 전류 검출 회로(100)의 저항 R2 이후에 션트 저항(Rshunt)을 구비한 것이 특징이다. 일반적인 저항 R1과 저항 R2는 전원 전압의 최대치에 따라 소비하는 전압의 크기가 달라지도록 되어 있으나, 전원 전압의 듀티비와는 무관하게 작용한다. 반면 션트 저항은 전원 전압의 듀티비에 의해 각기 다른 전압을 소비하도록 되어 있다. 예를 들면 션트 저항은 전압의 듀티비가 2일때는 0.2V, 듀티비가 3일때는 0.3V를 소비하게 된다.As shown in Figure 5, the motor control system of the present invention is characterized by having a shunt resistor (Rshunt) after the resistance R2 of the current detection circuit 100. In general, the resistor R1 and the resistor R2 have different magnitudes of voltages depending on the maximum value of the supply voltage, but they are independent of the duty ratio of the supply voltage. Shunt resistors, on the other hand, are designed to consume different voltages by the duty ratio of the supply voltage. For example, a shunt resistor consumes 0.2V when the voltage duty ratio is 2 and 0.3V when the duty ratio is 3.

상기 션트 저항은 통상 전압 분배기의 역할을 하는 것으로서, 전류의 값을 검출하고자 하는 경우에 사용된다. 더욱 상세하게는 전류의 값을 검출하려면, 부하에 인가되는 전압에 지장을 초래하지 않는 작은 전압을 소비하는 저항을 부하에 직렬로 연결하고, 상기 저항 양단의 전압을 측정하여 옴의 법칙(I=V/R)으로 계산하면 된다.The shunt resistor typically serves as a voltage divider and is used when a value of a current is to be detected. More specifically, to detect the current value, a resistor that consumes a small voltage that does not interfere with the voltage applied to the load is connected in series with the load, and the voltage across the resistor is measured to measure Ohm's law (I = V / R).

따라서, 상기와 같은 션트 저항은 그 저항치가 상대적으로 매우 작으며, 본 발명에서는 0.5V 이하의 전압을 소비하도록 션트 저항의 저항치를 선정하는 것이 바람직하다.Therefore, the resistance value of the shunt resistor as described above is relatively small, and in the present invention, it is preferable to select the resistance value of the shunt resistor so as to consume a voltage of 0.5V or less.

한편, 모터에 입력되는 전압의 듀티비가 증가하면 평균전압이 상승하므로, 전류가 증가하는 효과가 있다. 따라서, 상기 션트 저항에서 소비되는 전압이 상승하므로, 마이컴(200)에 입력되는 위상각 전압도 상승하게 된다. 이때, 마이컴(200)은 위상각 전압 포트(P1)에 입력된 전압이 상승하면, 전원 전압의 위상을 더욱 진상각이 되게 한다.On the other hand, when the duty ratio of the voltage input to the motor increases, the average voltage rises, so that the current increases. Therefore, since the voltage consumed by the shunt resistor increases, the phase angle voltage input to the microcomputer 200 also increases. At this time, when the voltage input to the phase angle voltage port P1 increases, the microcomputer 200 makes the phase of the power supply voltage more true.

도 6을 참조하여 본 발명에 따른 모터 제어 시스템의 제어방법을 설명하면 다음과 같다.Referring to Figure 6 describes the control method of the motor control system according to the present invention.

모터에 인가되는 전원 전압의 듀티비가 증가하게 되면, 즉 모터에 전원을 인가하는 시간이 길어지면 션트 저항에 더 많은 시간 동안 전류가 흐르게 된다. 따라서, 션트 저항에 더 많은 전류가 흐르게 되고, 션트 저항에서 소비되는 평균전압이 상승하므로, 마이컴(200)에서는 더 높은 위상각 전압이 감지된다. 이 단계는 편의상 전류 감지단계로 칭하기로 한다.As the duty ratio of the power supply voltage applied to the motor increases, that is, the longer the time for applying power to the motor, the current flows for a longer time to the shunt resistor. Therefore, since more current flows through the shunt resistor and the average voltage consumed by the shunt resistor increases, the microcomputer 200 detects a higher phase angle voltage. This step will be referred to as current sensing step for convenience.

이때, 마이컴(200)은 위상각 전압의 레벨에 따라 미리 설정된만큼 모터의 코일에 전원이 공급되는 시점을 앞당김으로써, 전원의 위상각이 더 큰 진상각이 되도록 변경하는 위상각 변경단계를 진행한다.At this time, the microcomputer 200 advances the time point at which the power is supplied to the coil of the motor by a predetermined amount according to the level of the phase angle voltage, thereby changing the phase angle of the power so that the phase angle of the power becomes a larger fastening angle. do.

따라서, 종래에 비해 일찍 전원이 공급되고, 코일(22a)의 전극이 바뀌는 시점이 앞당겨지므로, 모터가 운전중일 때에 더 먼 거리에서부터 영구자석(11)에 자력을 발생하여 회전 토오크를 강하게 형성한다.Therefore, since the power is supplied earlier than before, and the time point at which the electrode of the coil 22a is changed is advanced, magnetic force is generated in the permanent magnet 11 from a farther distance when the motor is in operation, thereby strongly forming the rotational torque.

다시 말하면, 모터가 운전하는 중 영구자석(11)이 코일(22a)과 동일한 지점에 놓였을때에, 종래에는 위상차가 일정하므로 모터의 속도가 빨라지더라도 일정 거리에서만 영구자석(11)과 코일(22a)간에 자력이 발생하도록 되어 있다. 하지만, 본 발명의 비엘디씨 모터는 속도가 빨라지면, 전원의 위상각이 더 많이 앞서게 한다. In other words, when the permanent magnet 11 is placed at the same point as the coil 22a while the motor is operating, the phase difference is conventionally constant, so that the permanent magnet 11 and the coil ( Magnetic force is generated between 22a). However, the BCD motor of the present invention, the faster the speed, the more the phase angle of the power supply advances.

예를 들어, 모터의 속도가 300rpm일 때에 전원의 위상각이 20도 진상이었다면, 모터의 속도가 700rpm으로 증가될때 위상각을 25도 진상으로 변경하여, 속도가 증가되었을 때에 더 먼 거리에서부터 자력이 발생하도록 하여서 모터의 회전력을 높일 수 있도록 하는 방식이다. 따라서 모터의 속도가 300rpm일 때에 코일(22a)에 흐르는 전류의 위상이 20도 진상인 경우 회전자에 작용하는 자력이 가장 크다면, 700rpm일 때에 똑같이 위상이 20도일 때보다는 20도보다 큰 진상인 경우에 회전자에 작용하는 자력이 크다.For example, if the phase angle of the power supply is 20 degrees when the speed of the motor is 300 rpm, the phase angle is changed to 25 degrees when the speed of the motor is increased to 700 rpm. It is a way to increase the rotational force of the motor by causing it to occur. Therefore, if the phase of the current flowing through the coil 22a is 20 degrees when the speed of the motor is 300 rpm, the magnetic force acting on the rotor is the greatest. When 700 rpm, the phase is larger than 20 degrees rather than when the phase is 20 degrees. In this case the magnetic force acting on the rotor is large.

반면, 모터의 속도가 느려진 경우는 위상각을 더 작게하여 지상으로 만드는 것이 바람직하다. 모터의 속도가 느려졌음에도 불구하고 위상각을 더 크게 하면 자칫 코일(22a)에 형성된 자계가 회전자에 회전방향과 반대되는 방향으로 힘을 가할수도 있기 때문이다.On the other hand, when the speed of the motor is slow, it is desirable to make the phase angle smaller and make it to the ground. This is because even though the speed of the motor is slowed, if the phase angle is made larger, the magnetic field formed in the coil 22a may force the rotor in a direction opposite to the rotation direction.

그러므로, 동일한 위상의 전류를 공급받는 종래에 비해 같은 전력을 공급받으면서 높은 운전 효율을 가질 수 있게 된다.Therefore, it is possible to have a high operating efficiency while being supplied with the same power as compared with the conventionally supplied with the current of the same phase.

본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 첨부된 청구범위에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명이 속한 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 변형이 가능하고 이러한 변형은 본 발명의 범위에 속한다.The present invention is not limited to the above-described embodiments, and as can be seen in the appended claims, modifications can be made by those skilled in the art to which the invention pertains, and such modifications are within the scope of the present invention.

상기에서 설명한 본 발명에 따른 모터 제어 시스템의 효과를 설명하면 다음과 같다. Referring to the effects of the motor control system according to the present invention described above are as follows.

첫째, 션트 저항을 통해 전압의 듀티비에 따라 변경된 전류를 측정 가능하므로, 모터의 속도 변화를 감지할 수 있다.First, the shunt resistor can measure the current changed according to the duty ratio of the voltage, so that the speed change of the motor can be detected.

둘째, 속도를 가변하는 사용 조건에서, 감지된 모터의 속도에 따라 전원의 위상각을 변경하여, 모터의 효율을 증가시키는 효과가 있다.Second, in the use condition of varying speed, the phase angle of the power source is changed according to the detected speed of the motor, thereby increasing the efficiency of the motor.

Claims (9)

회전자 및 자계를 형성하여 회전자에 회전력을 발생시키는 고정자 코일을 포함하는 고정자를 구비한 모터;A motor having a stator including a stator coil which forms a rotor and a magnetic field to generate rotational force to the rotor; 상기 회전자의 회전 속도에 따라 상기 고정자 코일에 입력되는 전원의 위상각을 가변시키는 마이컴을 포함하고,A microcomputer for varying a phase angle of power input to the stator coil according to the rotational speed of the rotor, 상기 고정자 코일에 입력되는 전압의 듀티비가 커질수록 상기 회전자의 회전 속도가 커지는 것을 특징으로 하는 모터 제어 시스템.And as the duty ratio of the voltage input to the stator coil increases, the rotation speed of the rotor increases. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 마이컴은 회전자의 회전 속도가 증가되면 전원의 위상각을 증가시키는 것을 특징으로 하는 모터 제어 시스템.The microcomputer motor control system, characterized in that for increasing the rotational speed of the rotor increases the phase angle of the power supply. 삭제delete 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 전압의 듀티비가 커지면 상기 모터에 흐르는 전류가 증가하는 것을 특징으로 하는 모터 제어 시스템.The motor control system, characterized in that as the duty ratio of the voltage increases, the current flowing to the motor increases. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 전류의 변화를 감지하는 션트(shunt) 저항을 더 구비한 것을 특징으로 하는 모터 제어 시스템.And a shunt resistor for detecting a change in current. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, wherein 상기 션트 저항은 상기 마이컴의 입력 포트와 병렬로 연결된 것을 특징으로 하는 모터 제어 시스템.The shunt resistor is a motor control system, characterized in that connected in parallel with the input port of the microcomputer. 모터에 흐르는 전류의 변화를 감지하는 전류감지단계;A current sensing step of sensing a change in current flowing through the motor; 상기 전류감지단계에서 감지된 전류 변화에 따라 마이컴이 구동 전원의 위상각을 변경하는 위상각 변경단계를 구비하고,And a phase angle changing step of changing the phase angle of the driving power source by the microcomputer according to the current change detected in the current sensing step, 상기 전류는 션트 저항에 공급된 전압의 듀티비에 따라 변하는 것을 특징으로 하는 이루어진 모터의 제어방법.And the current varies according to the duty ratio of the voltage supplied to the shunt resistor. 삭제delete 제 7 항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 전류감지단계에서 전류의 증가가 감지되면, 상기 위상각 변경단계는 구동 전원의 위상각을 더 진상으로 변경함을 특징으로 하는 모터의 제어방법.And if the increase of the current is detected in the current sensing step, the phase angle changing step changes the phase angle of the driving power to a further phase.
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