KR101078658B1 - Ｂｌｄｃ 전동기 진상각 제어 방법 및 이를 지원하는 ｂｌｄｃ 전동기 - Google Patents

Ｂｌｄｃ 전동기 진상각 제어 방법 및 이를 지원하는 ｂｌｄｃ 전동기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 BLDC 전동기에 관한 것으로, 이러한 본 발명의 진상각 제어를 수행하는 BLDC 전동기는 모터에 전원을 공급하는 PWM 인버터, 상기 전원 공급에 따라 구동되는 모터, 상기 모터의 회전자 위치 정보를 검출하는 위치 센서, 상기 모터 회전에 따라 유기된 권선 전류 파형과 상기 위치 정보를 기반으로 지상 또는 진상 성분을 검출하는 지상/진상 성분 검출기, 상기 검출된 성분의 크기에 따라 상기 권선 전류의 진상각 제어를 수행하는 모터 제어 유닛을 포함하는 구성을 개시한다.

Description

ＢＬＤＣ 전동기 진상각 제어 방법 및 이를 지원하는 ＢＬＤＣ 전동기{Control Method of Lead Angle And BLDC Motor supporting the same}
본 발명은 BLDC 전동기에 관한 것으로, 특히 BLDC 전동기 구동 시 권선 전류의 위상각과 모터 역기전력(Back EMF)의 위상을 일치 시킬 수 있도록 제어하는 BLDC 전동기 진상각 제어 방법 및 이를 지원하는 BLDC 전동기에 관한 것이다.
일반적으로 BLDC 전동기는 구조적으로 영구자석의 회전자가 적용된 동기모터와 유사하나, 작동방식에 있어서는 전력용 반도체 스위칭 소자와 회전자의 위치검출수단을 통하여 회전자의 기자력과 고정자의 기자력이 일정각을 유지하도록 함으로써 직류모터의 운전특성을 얻게 되는 특징이 있다. 따라서 BLDC 전동기는 정류자형 직류모터에서와 같이 브러시의 마멸로 인한 보수가 필요 없으면서도 정류자형 직류모터와 같은 우수한 제어특성을 가지며, 전력용 반도체 스위칭소자의 개발과 희토류자석의 개발에 힘입어 고속화 및 소형화가 가능하게 되어 서보시스템의 다양한 분야에서 널리 사용되고 있다.
이러한 BLDC 전동기는 통상 영구자석인 회전자와 고정된 계자권선, 특히 3상의 계자권선을 가지며 위치센서에 의하여 회전자의 위치가 검측될 수 있다. 그리고 BLDC 전동기는 검측된 위치에 의하여 MCU가 PWM 생성부 및 PWM 인버터를 제어함으로써, PWM 인버터에 의하여 각 계자권선별로 전압의 인가 및 해제가 반복되도록 동작하며, 이에 따라 BLDC 전동기가 회전하게 된다. 여기서 BLDC 전동기의 회전자가 회전하게 되면 자계속을 도선이 움직이는 것과 같은 효과가 발생하게 되어, 각 계자권선에 유도기전력인 역기전력이 발생하게 되며, 따라서 각 계자권선에는 인가전압에서 역기전력전압을 감한 전압에 따라 권선 전류가 흐르게 된다.
이러한 BLDC 전동기는 역기전력과 권선 전류가 이상적으로 위상이 일치했을 때 가장 좋은 성능을 발휘할 수 있도록 설계 되어 있다. 그러나 고속의 회전 상태에서는 BLDC 전동기의 위치센서에서 발생하는 신호 즉 Hall signal만을 이용하게 되고, 이에 따라 권선 전류가 역기전력에 비하여 느리게 투입되는 지상현상이 필연적으로 발생하게 된다. 이러한 문제는 BLDC 전동기가 가지고 있는 인덕턴스 때문에 발생하는 것으로 속도, 인덕턴스의 양, 드라이브의 전압사양에 따라서 그 양이 달라진다.
이러한 문제를 해결하기 위하여 기존에는 시험을 통하여 Hall signal 또는 엔코더의 신호에 기계적인 오프셋(Offset) 또는 전기적인 오프셋을 주어서 해결하였다. 그러나 이러한 방법은 고속에서 하나의 전동기에 대하여 하나의 동작점에만 작용하는 것으로 다양한 속도에 대해서나 다른 전동기에 대해서는 추가적인 시험 및 조정이 불가피하였다. 이러한 불편함을 무시하고 종래에는 Hall signal을 전체적으로 조정하거나 엔코더 신호에 특정 오프셋만을 시험적으로 구한 값을 제공함으로써 다양한 속도, 전동기에 적용하고 있었기 때문에 최적의 전동기 구동이 불가능한 상태였다.
따라서 본 발명의 목적은 권선 전류의 지상 성분 추출 후 진상각을 조정함으로써 BLDC 전동기의 권선 전류 성분 위상을 역기전력과 일치 시킬 수 있는 BLDC 전동기의 진상각 제어 방법 및 이를 지원하는 BLDC 전동기를 제공함에 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 BLDC 전동기는 PWM 인버터, 모터, 위치 센서, 지상/진상 성분 검출기, 모터 제어 유닛을 포함하는 구성을 개시한다. 여기서 상기 PWM 인버터는 모터에 전원을 공급하는 구성이며, 상기 모터는 상기 전원 공급에 따라 구동되고, 상기 위치 센서는 상기 모터의 회전자 위치 정보를 검출하며, 상기 지상/진상 성분 검출기는 상기 모터 회전에 따라 유기된 권선 전류 파형과 상기 위치 정보를 기반으로 지상 또는 진상 성분을 검출한다. 그리고 상기 모터 제어 유닛은 상기 검출된 성분의 크기에 따라 상기 권선 전류의 진상각 제어를 수행한다.
본 발명에 따른 진상각 조절을 수행하는 BLDC 전동기에 있어서, 상기 지상/진상 성분 검출기는 상기 권선 전류 파형과 상기 위치 정보를 곱셈하는 곱셈기, 상기 곱셈기의 출력을 적분하는 적분기, 상기 적분기의 적분 주기를 일주기로 제어하는 주기 검출기를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 진상각 조절을 수행하는 BLDC 전동기에 있어서, 상기 모터 제어 유닛은 상기 "d" 값이 0보다 큰 경우 권선 전류의 진상각을 줄이도록 제어하는 선형 제어기를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 진상각 조절을 수행하는 BLDC 전동기에 있어서, 상기 모터 제어 유닛은 상기 "d" 값이 0보다 작은 경우 권선 전류의 진상각을 증가시키도록 제어하는 선형 제어기를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 진상각 조절을 수행하는 BLDC 전동기에 있어서, 상기 지상/진상 성분 검출기는 3상 권선 전류 중 어느 하나의 권선 전류 파형과, 해당 권선 전류 파형과 짝을 이루는 홀 시그널을 곱셈, 적분할 수 있다.
본 발명은 또한, 모터의 위치 센서 정보를 수집하는 과정, 상기 모터의 권선 전류 파형을 수집하는 과정, 상기 위치 센서 정보와 상기 권선 전류 파형을 이용하여 지상 또는 진상 성분을 검출하는 과정, 상기 지상 또는 진상 성분의 크기에 따라 상기 권선 전류의 진상각 조절을 수행하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 BLDC 전동기의 진상각 제어 방법을 개시한다.
본 발명의 BLDC 전동기의 진상각 제어 방법 및 이를 지원하는 BLDC 전동기에 따르면, 본 발명은 회전자 속도, 전동기의 종류에 상관없이 어디에서든 지상 성분 추출과 조정이 가능하다. 이에 따라 본 발명은 BLDC 전동기의 진상각을 보다 효율적으로 제어할 수 있다.
또한 본 발명은 다양한 BLDC 전동기에 적응적으로 적용이 가능하며, 또한BLDC 제어를 위한 전용 One-chip 구성을 보다 적합하게 지원할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 BLDC 전동기의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도,
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 지상 성분 추출기를 설명하기 위한 도면,
도 3 및 도 4는 본 발명의 진상각 발생과 적용을 설명하기 위한 도면,
도 5 및 도 6은 권선 전류의 지상 및 진상 성분에 따른 d 값의 변화를 나타낸 도면,
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 BLDC 전동기의 진상각 제어 방법을 설명하기 위한 순서도.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기의 설명에서는 본 발명의 실시 예에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며, 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.
이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 BLDC 전동기(100)의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
상기 도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 BLDC 전동기(100)는 모터(110), PWM 인버터(120)(Pulse Width Modulation Inverter), PWM 생성기(130), MCU(140)(Motor Control Unit : 모터 제어 유닛), 위치 센서(150) 및 지상/진상 성분 검출기(160)를 포함할 수 있다.
이와 같은 구성을 가지는 본 발명의 실시 예에 따른 BLDC 전동기(100)는 모터(110) 구동을 위하여 PWM 인버터(120)에서 일정한 전압 예를 들면 3상 전압을 모터(110)에 제공하고, 모터(110) 구동 시 모터(110)의 위치 값을 위치 센서(150)를 이용하여 검출할 수 있다. 이때 상기 위치 센서(150)는 상기 모터(110)가 3상 전압을 기반으로 구동되는 경우 3상 홀 센서 값을 가질 수 있다. 이러한 본 발명의 BLDC 전동기(100)는 상기 3상 전류 중 특정 권선 전류와 그와 짝(Pair)을 이루는 홀 센서 값을 이용하여 권선 전류의 위상 차이를 검출할 수 있다. 이에 따라 본 발명은 상술한 위상 차이를 기반으로 진상각 조정을 수행함으로써 모터(110)의 회전 속도에 관계없이 실시간 또는 진상각 검출 시점을 기준으로 필요한 진상각 인가를 수행하여 모터(110)의 구동을 최적화할 수 있다. 이하 상기 BLDC 전동기(100)의 각 구성에 대하여 보다 상세히 설명하기로 한다.
상기 모터(110)는 상기 PWM 인버터(120)가 제공하는 전원을 기반으로 회전을 수행하고, 이렇게 생성된 회전력을 특정 장치에 제공하는 구성이다. 이러한 모터(110)는 상기 PWM 인버터(120)가 제공하는 전압이 인가되는 고정자와, 상기 고정자와 대향되며 고정자에 순차적으로 인가되는 전압에 따라 회전하도록 영구자석을 포함하는 회전자, 상기 회전자에 삽입 고정되어 상기 회전자의 회전 운동을 연결된 외부기기에 전달하는 축계를 포함할 수 있다. 또한 상기 모터(110)는 상기 고정자와 회전자 등을 감싸는 케이스를 더 포함할 수 있다.
상기 PWM 인버터(120)는 상기 모터(110)에 일정한 전원 예를 들면 3상 전압을 제공하는 구성이다. 이러한 PWM 인버터(120)는 상기 MCU(140)의 제어 및 PWM 생성기(130)에서 생성된 PWM을 기반으로 전원을 생성하고, 이를 모터(110)에 전달한다.
상기 PWM 생성기(130)는 상기 MCU(140)의 제어에 따라 일정한 크기의 PWM을 생성한다. 이렇게 생성된 PWM은 PWM 인버터(120)에 전달된다. 실질적으로 상기 PWM 생성기(130)가 생성한 PWM에 의하여 PWM 인버터(120)에서 생성되는 전원의 크기가 변경되며, 결과적으로 상기 PWM 인버터(120)로부터 전류를 공급받는 모터(110)의 속도가 변경될 수 있다.
상기 MCU(140)는 상기 PWM 생성기(130) 및 PWM 인버터(120)를 제어하여 상기 모터(110)에 필요한 전원이 공급될 수 있도록 조절하는 구성이다. 특히 본 발명의 MCU(140)는 상기 지상/진상 성분 검출기(160)에서 검출된 지상 또는 진상 성분을 기준으로 진상각을 연산하고, 연산된 진상각을 PWM 인버터(120)를 통해 반영하도록 제어할 수 있다. 이에 따라 상기 MCU(140)는 모터(110)의 속도에 따라 발생할 수 있는 지상 또는 진상 성분을 조절함으로써 모터(110)의 속도에 관계없이 항상 최적의 권선 전류 분포를 가질 수 있도록 제어할 수 있다. 상기 MCU(140)의 권선 전류 분포 제어에 대하여 도 3 내지 도 6을 참조하여 보다 상세히 후술하기로 한다.
상기 위치 센서(150)는 상기 모터(110)의 회전자 위치 정보를 검출하고, 이를 MCU(140)에 전달하는 구성이다. 이러한 위치 센서(150)는 홀 센서 타입으로 제작될 수 있으며, 홀 센서는 홀 시그널(Hall signal)을 직접적으로 생성하는 구조로서 회전자의 영구자석의 위치에 따라서 사인함수의 형태로 위치에 대한 정보신호를 발생시킨다. 한편 상기 위치 센서(150)는 엔코더로 대체될 수 있으며, 엔코더는 회전자의 영구자석의 위치를 좀더 세분화하여 1 또는 0의 펄스 형태로 MCU(140)에 전달한다. 본 발명에서 상기 위치 센서(150)는 홀 센서 또는 엔코더 중 어느 하나로 구성될 수 있다. 한편 상기 홀 센서는 상기 모터(110)가 3상 권선 전압에 의하여 구동되고, 그에 따라 3상 권선 전류가 형성되는 경우 각 상별 회전자의 위치를 검출할 수 있도록 3개의 홀 센서 집적회로를 포함할 수 있다.
상기 지상/진상 성분 검출기(160)는 상기 위치 센서(150)가 검출한 홀 시그널과, 모터(110)의 회전자에 유기된 권선 전류, 상기 모터(110)에서 발생하는 역기전력들을 이용하여 지상 또는 진상 성분을 검출하는 구성이다. 특히 본 발명의 지상/진상 성분 검출기(160)는 상기 모터(110)에서 유기된 권선 전류 중 특정 권선 전류와 상기 홀 시그널을 이용하여 지상 또는 진상 성분을 검출할 수 있다. 이러한 지상/진상 성분 검출기(160)에 대하여 도 2를 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 지상/진상 성분 검출기(160)의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
상기 도 2를 참조하면, 본 발명의 지상/진상 성분 검출기(160)는 수집된 특정 권선 전류 파형과 홀 시그널을 곱셈하는 곱셈기(161), 곱셈기(161)의 출력을 적분하는 적분기(163), 1주기 동안의 곱셈기(161) 출력의 적분값을 검출하여 지상 또는 진상 성분으로 출력하는 주기 검출기(165)를 포함할 수 있다. 이하 설명의 편의를 위하여 상기 위치 센서(150)는 홀 센서를 대표로 하여 설명하기로 한다.
이와 같은 구성을 가지는 지상/진상 성분 검출기(160)는 위치 센서(150)에 마련된 3개의 홀 센서 집적회로 중 적어도 하나의 출력을 전달받을 수 있도록 위치하며, 또한 상기 모터(110)의 3상 권선 전류의 출력을 전달받을 수 있도록 위치할 수 있다. 그리고 상기 지상/진상 성분 검출기(160)는 상기 홀 센서 집적회로의 출력 중에 상기 권선 전류와 짝을 이루는 홀 시그널 값들을 상기 곱셈기(161)를 이용하여 곱셈할 수 있다. 이때 상기 권선 전류와 짝을 이루는 홀 시그널 값은 상기 홀 센서 집적 회로에서 3개의 센서 신호 즉 Ha, Hb, Hc의 홀 시그널이 출력되는 경우, Hc와 짝을 이루는 권선 전류는 ia, Ha와 짝을 이루는 권선 전류는 ib, Ha와 짝을 이루는 권선 전류는 ic가 된다. 따라서 ia와 짝을 이루는 Hc 값이 선택되었다면, 상기 지상/진상 성분 검출기(160)는 상기 ia와 Hc 값을 곱셈기(161)를 이용하여 곱셈하고 상기 적분기(163)를 이용하여 적분할 수 있다. 이때 상기 지상/진상 성분 검출기(160)는 주기 검출기(165)를 이용하여 1주기 동안의 적분값을 산출하고, 산출된 적분값을 지상 성분 또는 진상 성분 값으로서 상기 MCU(140)에 전달할 수 있다. 또한 상기 지상/진상 성분 검출기(160)는 다른 상의 전류와 홀 시그널을 이용하여 지상 또는 진상 성분을 검출할 수 도 있다. 이에 대하여 도 3 내지 도 6을 참조하여 보다 상세히 후술하기로 한다.
한편 상기 MCU(140)는 상기 지상/진상 성분 검출기(160)가 전달하는 지상 성분 또는 진상 성분을 기반으로 진상각을 산출하고, 산출된 진상각을 PWM 인버터(120)에 적용하여 권선 전류의 진상각 적용을 제어할 수 있다. 이때 상기 MCU(140)는 상기 진상각 검출을 위하여 상기 지상 성분 또는 진상 성분을 선형으로 제어할 수 있는 선형 제어기 또는 위상 제어기의 구성을 포함할 수 있다.
도 3은 BLDC 전동기(100) 구동에서 역기전력과 이상적인 권선 전류의 위상 차이를 설명하기 위한 도면이며, 도 4는 상단 그래프부터 저속에서 홀 시그널에 따른 전압인가 시 권선 전류 파형, 고속에서 권선 전류 파형, 고속에서 진상각을 인가한 후 권선 전류 파형을 나타낸다.
상기 도 3 및 도 4를 참조하면, BLDC 전동기(100)에서 발생하는 3개의 성분들 즉 홀 시그널 파형(Ha, Hb, Hc)과, 3개의 권선 전류 파형(ia, ib, ic) 및 3개의 역기전력 파형(ea, eb, ec)은 일정한 주기를 가지며 검출된다. 여기서 전술한 바와 같이 이상적인 상태를 가정하게 됨으로 BLDC 모터의 3개의 권선 전류 파형(ia, ib, ic)과 상기 3개의 역기전력 파형(ea, eb, ec)은 각각 매치되어 나타난다. 즉 3개의 역기전력 파형(ea, eb, ec)은 내측에 3개 권선 전류 파형(ia, ib, ic)이 지상이나 진상의 성분 없이 일정하게 매칭이 되는 파형을 가지게 된다. 이를 보다 상세히 설명하면, 이상적인 BLDC 모터의 구동 상태에서는 그래프의 상단에 나타낸 바와 같이 제1 역기전력 파형(ea) 내측으로 제1 권선 전류 파형(ia)이 대칭이 되도록 위치하게 되며, 또한 그래프의 중단에 나타낸 바와 같이 제2 역기전력 파형(eb) 내측으로 제2 권선 전류 파형(ib)이 대칭이 되도록 위치하게 되고, 그래프의 하단에 나타낸 바와 같이 제3 역기전력 파형(ec) 내측으로 제3 권선 전류 파형(ic)이 대칭되도록 위치하게 된다.
한편 본 발명의 BLDC 전동기의 권선 전류 파형(ia, ib, ic)은 중심점에서 신호 반전을 가지는 홀 시그널 파형(Ha, Hb, Hc)과 짝을 이루게 된다. 이를 보다 상세히 설명하면, 제1 권선 전류 파형(ia)의 중심점에서 제3 홀 시그널 파형(Hc)의 신호가 반전이 되며, 제2 권선 전류 파형(ib)의 중심점에서 제1 홀 시그널 파형(Ha)의 신호가 반전이 되고, 제3 권선 전류 파형(ic)의 중심점에서 제2 홀 시그널 파형(Hb)의 신호가 반전이 된다. 이에 따라 본 발명의 BLDC 전동기(100)는 각각 짝을 이루는 권선 전류 파형과 홀 시그널을 이용하여 권선 전류의 위상 차이를 알아낼 수 있다. 즉 특정 권선 전류와 그에 대응하여 짝을 이루는 홀 시그널을 곱셈하고 적분함으로써 지상 또는 진상의 양인 위상의 차이를 검출할 수 있다.
한편 상기 도 4를 참조하면, 401 그래프에서 나태난 바와 같이 BLDC 모터가 저속으로 구동되는 경우, 역기전력에 비하여 권선 전류 발생이 늦어지기는 하지만 진상각(??) 발생에 큰 영향을 주지 않게 되어 진상각(??)이 "0"이 되며 이에 따라 역기전력 파형(e)과 권선 전류 파형(i)은 대칭이 되도록 검출될 수 있다.
한편 BLDC 모터의 회전이 고속으로 변경하게 되면, 402 그래프에서 나타낸 바와 같이 그래프에서 역기전력 파형(e)의 상승변곡점과 권선 전류 파형(i)의 상승변곡점의 불일치가 발생하게 되는 것을 알 수 있다. 즉 고속으로 동작하는 BLDC 모터는 권선 전류 파형(i)의 상승 변곡점이 이상적인 상태에서의 역기전력 파형(e)의 상승변곡점에 비하여 늦게 발생하게 되는 문제점이 있어, 진상각 조절이 필수적이게 된다.
402 그래프에서 발생한 진상각 발생의 문제점을 고려하여 BLDC 모터의 회전이 고속을 유지하게 될 경우 403 그래프에서 나타낸 바와 같이 진상각 조정을 수행할 수 있다. 즉, 본 발명의 BLDC 전동기(100)는 PWM 인버터(120)를 제어하여 권선 전류 파형(i)의 상승 변곡점을 앞쪽으로 이동시키는 진상각 조정을 수행함으로써, 역기전력 파형(e)의 상승변곡점과 권선 전류 파형(i)의 상승변곡점 차이가 크게 발생하지 않도록 조절할 수 있다.
이때 본 발명의 BLDC 전동기(100)는 지상 성분이 발생하는 경우 적분값으로서 음의 값을 출력하게 되며, 진상 성분이 발생하는 경우 적분값으로서 양의 값을 출력하게 된다. 그러면 MCU(140)는 적분값의 음 또는 양의 값에 따라 진상각 조정을 위한 PWM 인버터(120) 제어를 수행할 수 있다. 즉 상기 MCU(140)는 적분값이 음의 값이 나온 경우 진상각을 증가시키도록 PWM 인버터(120)를 제어할 수 있으며, 적분값이 양의 값을 가지는 경우 진상각을 감소시키도록 PWM 인버터(120)를 제어할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 권선 전류의 지상 및 진상 성분이 일치하는 형태를 나타낸 것이며, 도 6은 권선 전류 파형이 지상과 진상일때의 "d"값의 변화를 나타낸 것이다.
상기 도 5를 참조하면, 지상 및 진상 성분이 일치하는 경우 BLDC 전동기(100)는 권선 전류 파형 예를 들면 제1 역기전력 파형(ea) 내에서 제1 권선 전류 파형(ia)이 대칭을 이루며 나타난다. 그리고 상기 제1 권선 전류 파형(ia)에 짝을 이루는 제3 홀 시그널 파형(Hc)은 상기 제1 권선 전류 파형(ia)의 중심점에서 신호의 반전이 발생하게 된다. 도시된 그래프에서 상기 홀 시그널은 위치 센서(150)가 디지털 타입인 엔코더인 경우와 아날로그 타입인 홀 센서인 경우를 나타낸 것이다. 즉 BLDC 전동기(100)는 위치 센서(150)가 엔코더인 경우 상기 제3 홀 시그널 파형(Hc)은 나타낸 바와 같이 1 또는 0의 값을 가지는 구형파를 검출하게 되며, 상기 위치 센서(150)가 홀 센서인 경우 상기 제3 홀 시그널 파형(Hc)은 도시된 바와 같이 정현파를 검출할 수 있다.
한편 상기 도 6을 참조하면, 권선 전류 파형이 지상 성분을 가질 때 601 그래프에 나타낸 바와 같이 권선 전류 파형(i)이 역기전력 파형(e)의 내측 중 우측으로 치우쳐진 상태로 검출될 수 있다. 그리고 권선 전류 파형이 진상 성분을 가지는 경우 602 그래프에 나타낸 바와 같이 권선 전류 파형(i)이 역기전력 파형(e)의 내측 중 좌측으로 치우쳐진 상태로 검출될 수 있다. 이때 권선 전류 파형(i)의 위상각에 따라 지상 또는 진상 성분인 "d" 값의 부호가 변화하게 되며, 결과적으로 BLDC 전동기(100)는 MCU(140)에 마련된 선형 제어기 또는 위상 제어기를 이용하여 "d" 값에 따른 진상각을 출력하고 이를 PWM 인버터(120)에 적용하여 권선 전류 파형의 진상각 조절을 수행할 수 있다. 즉 본 발명의 BLDC 전동기(100)는 특정 권선 전류와 해당 권선 전류와 짝을 이루는 홀 시그널의 곱셈을 수행하고 한 주기 동안 곱셈 값을 적분한 후, 적분된 값인 "d" 값이 0보다 작으면 진상각(??)을 증가시키고, "d" 값이 0보다 크면 진상각(??)을 감소시킴으로써 진상각 조정을 수행할 수 있다.
이에 따라 본 발명의 실시 예에 따른 BLDC 전동기(100)는 모터의 고속 또는 저속 등에 관계없이 필요에 따라 BLDC 전동기(100)의 지상 또는 진상 성분 검출을 수행하고, 이를 기반으로 진상각 조정을 위한 과정을 수행함으로써, 최적으로 상태를 기준으로 모터가 동작할 수 있도록 지원한다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 BLDC 전동기의 진상각 제어 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
상기 도 7을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 BLDC 전동기의 진상각 제어 방법은 먼저, BLDC 전동기가 사용자 제어에 따라 701 단계에서 모터에 전원을 공급받으면, 공급된 전원에 의한 구동을 수행할 수 있다.
다음으로, 상기 BLDC 전동기는 모터가 구동되면 703 단계에서 위치 센서를 이용하여 홀 시그널을 검출한다. 이때 상기 위치 센서는 홀 센서 또는 엔코더 중 어느 하나가 될 수 있으며, 이에 따라 상기 홀 시그널은 정현파 형태의 신호가 되거나 구형파 형태의 신호가 될 수 있다.
상기 BLDC 전동기는 705 단계에서 PWM 인버터가 공급하는 전압에 의하여 모터에 유기되는 권선 전류 파형을 검출하고, 검출된 권선 전류 파형과 703 단계에서 수집한 홀 시그널을 이용하여 지상 또는 진상 성분 "d"를 검출한다. 이때 상기 BLDC 전동기의 PWM 인버터가 3상 전압을 공급하는 경우 상기 BLDC 전동기의 MCU는 모터에 유기되는 3상 전류 중 특정 상을 가지는 권선 전류의 파형을 검출할 수 있다. 그리고 상기 MCU는 해당 상의 권선 전류 파형과 짝을 이루는 홀 시그널을 선택하고, 선택된 홀 시그널과 권선 전류 파형의 곱셈 및 적분을 일주기 동안 수행하여 상기 지상 또는 진상 성분인 "d" 값을 검출하게 된다.
상기 "d" 성분이 검출되면 상기 BLDC 전동기는 707 단계로 분기하여 지상 또는 진상 성분 "d" 값이 0보다 큰지 또는 작은지 여부를 확인할 수 있다. 여기서 상기 "d" 성분이 0보다 작은 경우 BLDC 전동기는 709 단계로 분기하여 진상각을 증가시키도록 선형 제어기 및 PWM 인버터를 제어할 수 있다. 또한 상기 BLDC 전동기는 707 단계에서 "d" 성분이 0보다 큰 경우에는 711 단계로 분기하여 진상각을 감소시키도록 선형 제어기 및 PWM 인버터를 제어할 수 있다.
이후 상기 BLDC 전동기는 713 단계로 분기하여 모터 동작 종료 여부를 확인할 수 있다. 여기서 상기 BLDC 전동기는 별도의 모터 동작 종료를 위한 입력 신호가 발생하지 않는 경우 703 단계 이전으로 분기하여 이하 과정을 반복적으로 수행할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 BLDC 전동기는 권선 전류와 회전자의 위치 정보를 이용하여 한 주기 동안의 지상 또는 진상 성분을 검출한 후, 검출된 값에 따라 진상각 조정을 수행하게 된다. 이에 따라 본 발명의 BLDC 전동기는 모터의 회전 속도의 증가나 감소 여부에 관계없이 현재 모터가 동작하는 회전 속도에 따라 적절한 진상각 조정을 수행하게 됨으로, 모터 회전을 최적화하도록 지원할 수 있다.
한편, 상술한 설명 전반에서 지상 성분 검출을 위하여 제1 역기전력 파형(ea), 제1 권선 전류 파형(ia), 제3 홀 시그널(Hc)을 기준으로 설명하였지만 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 즉 전술한 바와 같이 제2 권선 전류 파형(ib)과 제1 홀 시그널(Ha) 또는 제3 권선 전류 파형(ic)과 제2 홀 시그널(Hb)을 이용하여 지상 성분 검출이 가능하며, 이를 기반으로 진상각 조정을 수행할 수 도 있을 것이다.
이상 본 발명을 몇 가지 바람직한 실시 예를 사용하여 설명하였으나, 이들 실시 예는 예시적인 것이며 한정적인 것이 아니다. 이와 같이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 지닌 자라면 본 발명의 사상과 첨부된 특허청구범위에 제시된 권리범위에서 벗어나지 않으면서 균등론에 따라 다양한 변화와 수정을 가할 수 있음을 이해할 것이다.
100 : BLDC 전동기 110 : 모터
120 : PWM 인버터 130 : PWM 생성기
140 : MCU 150 : 위치 센서
160 : 지상/진상 성분 검출기 161 : 곱셈기
163 : 적분기 165 : 주기 검출기

Claims (8)

  1. 모터에 전원을 공급하는 PWM 인버터;
    상기 전원 공급에 따라 구동되는 모터;
    상기 모터의 회전자 위치 정보를 검출하는 위치 센서;
    상기 모터 회전에 따라 유기된 권선 전류 파형과 상기 위치 정보를 기반으로 지상 또는 진상 성분을 검출하는 지상/진상 성분 검출기;
    상기 검출된 성분의 크기에 따라 상기 권선 전류의 진상각 제어를 수행하는 모터 제어 유닛;
    을 포함하며,
    상기 지상/진상 성분 검출기는
    상기 권선 전류 파형과 상기 위치 정보를 곱셈하는 곱셈기;
    상기 곱셈기의 출력을 적분하는 적분기;
    상기 적분기의 적분 주기를 일주기로 제어하는 주기 검출기;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 진상각 조절을 수행하는 BLDC 전동기.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 모터 제어 유닛은
    상기 지상 또는 진상 성분인 "d" 값이 0보다 큰 경우 권선 전류의 진상각을 줄이도록 제어하는 선형 제어기;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 진상각 조절을 수행하는 BLDC 전동기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 모터 제어 유닛은
    상기 지상 또는 진상 성분인 "d" 값이 0보다 작은 경우 권선 전류의 진상각을 증가시키도록 제어하는 선형 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 진상각 조절을 수행하는 BLDC 전동기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 지상/진상 성분 검출기는
    3상 권선 전류 중 어느 하나의 권선 전류 파형과, 해당 권선 전류 파형과 짝을 이루는 홀 시그널을 곱셈, 적분하는 것을 특징으로 하는 진상각 조절을 수행하는 BLDC 전동기.
  6. 모터의 위치 센서 정보를 수집하는 과정;
    상기 모터의 권선 전류 파형을 수집하는 과정;
    상기 위치 센서 정보와 상기 권선 전류 파형을 이용하여 지상 또는 진상 성분을 검출하는 과정;
    상기 지상 또는 진상 성분의 크기에 따라 상기 권선 전류의 진상각 조절을 수행하는 과정;
    을 포함하며,
    상기 지상 또는 진상 성분을 검출하는 과정은
    상기 권선 전류 파형과 상기 위치 정보를 곱셈하는 과정;
    상기 곱셈의 출력을 상기 파형의 일주기 동안 적분하여 지상 또는 진상 성분인 "d" 값을 검출하는 과정;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 BLDC 전동기의 진상각 제어 방법.
  7. 삭제
  8. 제6항에 있어서,
    상기 진상각 조절을 수행하는 과정은
    상기 "d" 값이 0보다 큰 경우 권선 전류의 진상각을 줄이도록 제어하는 과정;
    상기 "d" 값이 0보다 작은 경우 권선 전류의 진상각을 증가시키도록 제어하는 과정;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 BLDC 전동기의 진상각 제어 방법.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180067029A (ko) * 2016-12-12 2018-06-20 현대자동차주식회사 진상각 제어기
KR20200129227A (ko) 2019-05-07 2020-11-18 파이옴 주식회사 영구자석 동기 전동기 다상 제어 시스템 및 그 제어방법

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007060783A (ja) 2005-08-24 2007-03-08 Matsushita Electric Ind Co Ltd モータ駆動制御装置
JP2008125245A (ja) 2006-11-13 2008-05-29 Matsushita Electric Ind Co Ltd モータ駆動装置

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007060783A (ja) 2005-08-24 2007-03-08 Matsushita Electric Ind Co Ltd モータ駆動制御装置
JP2008125245A (ja) 2006-11-13 2008-05-29 Matsushita Electric Ind Co Ltd モータ駆動装置

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180067029A (ko) * 2016-12-12 2018-06-20 현대자동차주식회사 진상각 제어기
KR102654914B1 (ko) 2016-12-12 2024-04-03 현대자동차주식회사 진상각 제어기
KR20200129227A (ko) 2019-05-07 2020-11-18 파이옴 주식회사 영구자석 동기 전동기 다상 제어 시스템 및 그 제어방법

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