KR101080028B1

KR101080028B1 - 브러시리스 모터 기동 방법 및 제어 장치

Info

Publication number: KR101080028B1
Application number: KR1020100007263A
Authority: KR
Inventors: 마사요시 고쿠분; 슈지 야마모토; 마사히로 가코
Original assignee: 아이상 고교 가부시키가이샤
Priority date: 2010-01-27
Filing date: 2010-01-27
Publication date: 2011-11-04
Also published as: KR20110087708A

Abstract

과제
브러시리스 모터를 확실하게 기동시킴과 함께, 기동 시간의 단축을 도모할 수 있게 한 브러시리스 모터 기동 방법 및 제어 장치를 제공하는 것.
해결 수단
3 상의 코일을 갖는 스테이터 (14) 와, 스테이터 (14) 에 대응하여 형성된 4 극의 마그넷 로터 (15) 를 구비한 센서리스의 브러시리스 모터 (11) 를 기동시키는 3 상 4 극의 브러시리스 모터 기동 방법 또는 제어 장치로서, 브러시리스 모터 (11) 의 기동시에, 3 상의 코일 중 3 상의 코일에 대하여 통전을 실시하고, 3 상 통전 중, 2 상의 통전을 PWM 신호에 의한 점차 증가하는 듀티로 제어한다.

Description

브러시리스 모터 기동 방법 및 제어 장치{BRUSHLESS MOTOR STARTING METHOD AND CONTROL APPARATUS}

본 발명은, 센서리스의 브러시리스 모터를 기동시키기 위한 브러시리스 모터 기동 방법 및 제어 장치에 관한 것이다.

종래, 브러시리스 모터로서, 스테이터에 대한 마그넷 로터의 자극 위치 (로터 위치) 를 검출하기 위해 센서를 사용하지 않고, 그 대신에 마그넷 로터가 회전할 때에 스테이터의 코일에 유기 (誘起) 되는 전압 (유기 전압) 을 검출하고, 그 검출 신호에 기초하여 모터의 통전 신호를 생성하는, 즉 「유기 구동」을 실시하는 센서리스 구동 방식을 채용한 것이 알려져 있다. 그러나, 스테이터의 코일에 전압이 유기되는 것은, 마그넷 로터가 회전하고 있는 경우뿐이고, 브러시리스 모터의 정지시에는 마그넷 로터가 회전하지 않아, 코일에 유기 전압이 발생하지 않으므로, 로터 위치의 정보가 얻어지지 않는다. 이 때문에, 브러시리스 모터의 기동시에는, 예를 들어, 마그넷 로터를 강제적으로 회전시키는 「강제 구동」을 실시하도록 되어 있다.

여기서, 하기의 특허 문헌 1 에는, 브러시리스 모터를 강제 구동시키지 않고, 역회전시키지 않고, 적정하게 기동시킬 수 있는 제어 방법이 기재되어 있다. 이 제어 방법은, 3 상 (相) 4 극의 브러시리스 모터를 기동시킬 때, 2 개의 코일에 소정 시간 통전을 실시하고, 그 후에 그 통전을 실시한 일방의 코일 및 통전을 실시하지 않은 코일의 2 개의 코일에 소정 시간 통전을 실시하고 브러시리스 모터의 로터를 소정 위치에 고정시키도록 하고 있다. 요컨대, 이 제어 방법에서는, 브러시리스 모터의 기동시에 통전 전환을 2 회 실시하도록 되어 있다.

통상적으로 3 상 4 극의 브러시리스 모터를 기동시킬 때, 2 개의 코일에 소정 시간 통전을 실시한 경우, 초기 로터 위치에 따라서는, 로터에 대하여, 코일에 의해 발생하는 힘이 균형을 이루는 데드 포인트가 존재하므로, 통전 전환을 2 번 이상 실시할 필요가 있기 때문이다.

한편, 특허 문헌 2 에는, 기동시킬 때에 동기 모터 동작을 실시하고, 기동 후에 센서리스 브러시리스 모터 동작을 실시하는 방법이 기재되어 있다. 이 방법에 의하면, 제 1 여자 (勵磁) 로서 3 상 통전을 실시하고, 순차적으로 2 상 통전과 3 상 통전을 반복 실시하고 있다.

특허 문헌 1 : 일본 공개특허공보 평8-205579호

특허 문헌 2 : 일본특허공보 제3284201호

그러나, 종래의 브러시리스 모터의 기동 방법에는, 하기와 같은 문제가 있었다.

(1) 특허 문헌 1 에 기재된 방법에서는, 위치 결정을 위한 통전을 실시하였을 때에, 마그넷 로터의 이너셔가 작은 경우에는, 마그넷 로터의 초기 위치에 따라서는 급격하게 가속되기 때문에, 정지되었을 때에 진동을 발생시키고, 그 진동이 수속되는 데에 시간이 걸리는 문제가 있었다. 브러시리스 모터가 널리 사용되고 있는 전기 업계의 제품에서는, 기동 시간의 지연이 큰 문제가 되지 않지만, 자동차 업계에 있어서는, 짧은 시간 지연에 의해 드라이버빌리티가 나빠지는 문제가 있었다.

또한, 특허 문헌 1 에 기재된 기동 방법에서는, 브러시리스 모터의 기동시에, 2 개의 코일에 통전을 실시함으로써 로터를 특정 위치로 이동시키고, 그 후에 통전을 실시한 일방의 코일 및 통전을 실시하지 않은 코일의 2 개의 코일에 통전을 실시하므로, 2 회의 통전이 필요해지는 만큼 기동 시간이 길어지는 경향이 있었다.

(2) 특허 문헌 2 에 기재된 기동 방법은, 로터를 특정 위치로 이동시킨다는 기술적 사상을 갖고 있지 않다. 그러나, 제 1 여자로서 3 상 통전시키는 것이 개시되어 있다. 설령 로터를 특정 위치로 이동시키는 방법으로서, 특허 문헌 2 에 기재된 3 상 통전을 실시하였다 하더라도, 하기의 문제가 있다.

즉, 제 1 여자로서 3 상 통전을 실시한 경우, 제 1 여자를 2 상 통전으로 실시한 경우와 비교하여, 데드 포인트가 발생하는 확률을 감소시킬 수 있다.

제 1 여자가 2 상 통전인 경우에는, 도 10 에 3 상 4 극의 아우터 로터형 브러시리스 모터의 초기 상태로서 나타내는 바와 같이, (A) ∼ (D) 의 경우에는 로터가 회전하지만, (E) 및 (F) 의 경우에는 데드 포인트가 되어 로터를 회전시킬 수 없다.

제 1 여자가 3 상 통전인 경우에는, 도 9 에 3 상 4 극의 아우터 로터형 브러시리스 모터의 초기 상태로서 나타내는 바와 같이, (A) ∼ (E) 의 경우에는 로터가 회전하지만, (F) 의 경우에는 데드 포인트가 되어 로터를 회전시킬 수 없다. 제 1 여자를 2 상 통전으로 실시하는 방법과 비교하여, 데드 포인트가 발생하는 확률은 감소하지만, 데드 포인트가 완전히 해소되는 것은 아니고, 최저 2 회의 통전을 필요로 하여, (1) 과 동일한 문제가 있었다.

본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 그 목적은, 브러시리스 모터를 확실하게 기동시킴과 함께, 기동 시간의 단축을 도모할 수 있게 한 브러시리스 모터 기동 방법 및 제어 장치를 제공하는 것에 있다.

상기 문제점을 해결하기 위해 이루어진 본 발명에 관련된 브러시리스 모터 기동 방법 및 제어 장치는, 하기의 구성을 갖고 있다.

(1) 3 상의 코일을 갖는 스테이터와, 스테이터에 대응하여 형성된 마그넷 로터를 구비한 센서리스의 브러시리스 모터를 기동시키는 브러시리스 모터 기동 방법으로서, 브러시리스 모터의 기동시에, 3 상의 코일 중 3 상의 코일에 대하여 통전을 실시하고, 3 상 통전 중, 2 상의 통전을 PWM 신호에 의한 점차 증가하는 듀티로 제어한다.

(2) 3 상의 코일을 갖는 스테이터와, 상기 스테이터에 대응하여 형성된 마그넷 로터를 구비한 센서리스의 브러시리스 모터를 기동시키는 브러시리스 모터 기동 방법으로서, 브러시리스 모터의 기동시에, 3 상의 코일 중 3 상의 코일에 대하여 통전을 실시하고, 3 상 통전 중, 2 상의 통전을 PWM 신호에 의한 상이한 듀티로 제어한다.

(3) (2) 에 기재하는 브러시리스 모터 기동 방법에 있어서, 상기 듀티를 점차 증가시키는 것을 특징으로 한다.

(4) 3 상의 코일을 갖는 스테이터와, 스테이터에 대응하여 형성된 마그넷 로터를 구비한 센서리스의 브러시리스 모터를 기동시키는 브러시리스 모터 제어 장치로서, 브러시리스 모터의 기동시에, 3 상의 코일 중 3 상의 코일에 대하여 통전을 실시하고, 3 상 통전 중, 2 상의 통전을 PWM 신호에 의한 점차 증가하는 듀티로 제어한다.

(5) 3 상의 코일을 갖는 스테이터와, 상기 스테이터에 대응하여 형성된 마그넷 로터를 구비한 센서리스의 브러시리스 모터를 기동시키는 브러시리스 모터 제어 장치로서, 브러시리스 모터의 기동시에, 상기 3 상의 코일 중 3 상의 코일에 대하여 통전을 실시하고, 3 상 통전 중, 2 상의 통전을 PWM 신호에 의한 상이한 듀티로 제어한다.

(6) (5) 에 기재하는 브러시리스 모터 제어 장치에 있어서, 상기 듀티를 점차 증가시키는 것을 특징으로 한다.

다음으로, 상기 구성을 갖는 본 발명의 브러시리스 모터의 기동 방법 및 제어 장치의 작용 및 효과에 대해 설명한다.

(1) 본 발명의 브러시리스 모터의 기동 방법 및 제어 장치에 의하면, 3 상의 코일을 갖는 스테이터와, 스테이터에 대응하여 형성된 마그넷 로터를 구비한 센서리스의 브러시리스 모터를 기동시키는 브러시리스 모터 기동 방법으로서, 브러시리스 모터의 기동시에, 3 상의 코일 중 3 상의 코일에 대하여 통전을 실시하고, 3 상 통전 중, 2 상의 통전을 PWM 신호에 의한 점차 증가하는 듀티로 제어하므로, 이너셔가 작은 마그넷 로터를 사용하는 경우에도, 마그넷 로터를 위치 결정 위치로 이동시키는 데에 서서히 힘을 가하고 있기 때문에, 마그넷 로터에 과분한 속도를 부여하지 않고, 정지되었을 때의 진동을 적게 할 수 있어, 정지까지의 시간을 짧게 할 수 있다.

(2) 본 발명의 브러시리스 모터의 기동 방법 및 제어 장치에 의하면, 3 상의 코일을 갖는 스테이터와, 상기 스테이터에 대응하여 형성된 마그넷 로터를 구비한 센서리스의 브러시리스 모터를 기동시키는 브러시리스 모터 기동 방법으로서, 브러시리스 모터의 기동시에, 3 상의 코일 중 3 상의 코일에 대하여 통전을 실시하고, 3 상 통전 중, 2 상 통전을 PWM 신호에 의한 상이한 듀티로 제어하므로, 2 상 통전에서 발생하는 자력에 차이가 발생하여 자력의 밸런스가 깨지기 때문에, 로터가 데드 포인트 위치에 있는 경우에도 로터를 회전시킬 수 있어, 로터를 반드시 소정의 위치에 정지시킬 수 있다.

(3) 여기서, 상기 듀티를 점차 증가시키고 있으므로, 이너셔가 작은 로터인 경우에도, 로터에 조금씩 자력을 부여하여 회전시킬 수 있기 때문에, 로터의 진동을 작게 할 수 있고, 소정 위치에 정지시키는 시간을 짧게 할 수 있다.

도 1 은 본 발명의 1 실시예인 브러시리스 모터 (11) 와 그 컨트롤러 (10) 의 구성을 나타내는 전기 회로도.
도 2 는 유기 구동시에 제어 회로 (12) 에 의해 실행되는 각 상 통전 타이밍과 각 상 코일 단자 전압 변화를 나타내는 타임 차트.
도 3 은 U 상, V 상 및 W 상의 각 상의 코일 (14A ∼ 14C) 의 단자 전압 변화를 나타내는 타임 차트.
도 4 는 스테이터 (14) 에 대한 마그넷 로터 (15) 의 정지 위치 (초기 위치) 가 브러시리스 모터 (11) 의 기동에 적절한 조건인 경우에 대해, 통전 상의 변화와 스테이터 (14) 에 대한 마그넷 로터 (15) 의 자극 위치 (로터 위치) 의 변화를 나타내는 개념도.
도 5 는 스테이터 (14) 에 대한 마그넷 로터 (15) 의 정지 위치 (초기 위치) 가 브러시리스 모터 (11) 의 기동에 적절치 못한 조건인 경우에 대해, 통전 상의 변화와 스테이터 (14) 에 대한 마그넷 로터 (15) 의 자극 위치 (로터 위치) 의 변화를 나타내는 개념도.
도 6 은 위치 결정 제어 패턴 T1 의 확대도 (도 8 의 A 부 확대도).
도 7 은 다른 실시예의 위치 결정 제어 패턴 T1.
도 8 은 스테이터 (14) 에 대한 통전 패턴을 나타내는 도면.
도 9 는 마그넷 로터 (15) 의 초기 위치에 대해 생각할 수 있는 모든 패턴을 나타내는 개념도.
도 10 은 3 상 4 극의 아우터 로터형 브러시리스 모터의 초기 상태를 나타내는 개념도.

이하, 본 발명의 브러시리스 모터의 기동 방법 및 제어 장치를 구체화한 가장 바람직한 실시형태에 대해 도면에 기초하여 상세하게 설명한다.

이 실시형태에서는, 엔진의 냉각 장치용 워터 펌프 또는 연료 펌프에 사용되는 브러시리스 모터의 기동 방법 및 제어 장치에 대해 설명한다. 도 1 에 워터 펌프 또는 연료 펌프에서 사용되는 브러시리스 모터 (11) 와 그 컨트롤러 (10) 의 구성을 전기 회로도에 의해 나타낸다. 컨트롤러 (10) 는 제어 회로 (12) 와 구동 회로 (13) 를 포함한다. 이 실시형태에서, 브러시리스 모터 (11) 는 3 상 4 극의 센서리스 타입의 것으로서, 구동 회로 (13) 에는 3 상 구동 방식의 회로가 채용되어 있다. 브러시리스 모터 (11) 는 3 상 (U 상, V 상, W 상) 의 코일 (14A, 14B, 14C) 을 포함하는 스테이터 (14) 와, 4 극의 아우터 로터인 마그넷 로터 (15) 를 구비한다. 브러시리스 모터 (11) 는 센서리스 타입이므로, 스테이터 (14) 에 대한 마그넷 로터 (15) 의 자극 위치 (로터 위치) 를 검출하기 위해, 홀 소자를 사용하지 않고, 스테이터 (14) 의 각 상의 코일 (14A ∼ 14C) 에서 발생하는 유기 전압을 이용하도록 되어 있다. 그리고, 마그넷 로터 (15) 가 회전할 때에, 각 상의 코일 (14A ∼ 14C) 에서 발생하는 유기 전압에 기초하여 로터 위치를 검출하고, 그 검출되는 로터 위치에 기초하여 통전 대상이 되는 각 상의 코일 (14A ∼ 14C) 을 결정하는 「유기 구동」을 실시하도록 되어 있다.

도 1 에 나타내는 바와 같이, 구동 회로 (13) 는, 스위칭 소자로서의 PNP 형의 제 1, 제 3 및 제 5 트랜지스터 (Tr1, Tr3, Tr5), 그리고 NPN 형의 제 2, 제 4 및 제 6 트랜지스터 (Tr2, Tr4, Tr6) 를 각각 3 상 브릿지 접속시켜 구성된다. 제 1, 제 3 및 제 5 트랜지스터 (Tr1, Tr3, Tr5) 의 이미터는 각각 전원 (＋B) 접속되고, 제 2, 제 4 및 제 6 트랜지스터 (Tr2, Tr4, Tr6) 의 이미터는 각각 접지된다. 브러시리스 모터 (11) 의 각 상의 코일 (14A ∼ 14C) 의 일 단자는 서로 공통 접속점에 접속되고, 각 타 단자는 제 1 및 제 2 트랜지스터 (Tr1, Tr2) 의 공통 접속점, 제 3 및 제 4 트랜지스터 (Tr3, Tr4) 의 공통 접속점, 그리고 제 5 및 제 6 트랜지스터 (Tr5, Tr6) 의 공통 접속점에 각각 접속된다. 각 트랜지스터 (Tr1 ∼ Tr6) 의 베이스는 제어 회로 (12) 에 접속된다. 제어 회로 (12) 의 양 단자는, 각각 전원 (＋B) 에 접속되고, 접지된다. 이 실시형태에서, 제어 회로 (12) 는 커스텀 IC 에 의해 구성된다.

이 실시형태의 브러시리스 모터 (11) 는 센서리스 타입이므로, 정지시에는 각 상의 코일 (14A ∼ 14C) 에서 유기 전압은 발생하지 않는다. 그래서, 이 실시형태에서는, 브러시리스 모터 (11) 의 기동시에 3 상의 코일 (14A ∼ 14C) 중 2 상의 코일에 대하여 소정의 통전 순서에 따라 강제적으로 통전을 실시함으로써 마그넷 로터 (15) 를 회전시키는 「강제 구동」이 실시된다. 그러나, 기동시에 로터 위치를 무시하고 각 상의 코일 (14A ∼ 14C) 에 소정의 통전 순서에 따라 강제적으로 통전을 개시해도, 마그넷 로터 (15) 가 회전하거나 회전하지 않거나 하는 경우가 있다. 이 때문에, 브러시리스 모터 (11) 를 기동시킬 수 있거나 기동시킬 수 없거나, 또는 기동 완료까지 필요 이상으로 시간이 걸리거나 하게 된다. 그래서, 이 실시형태에서는, 브러시리스 모터 (11) 의 기동시에 소정의 「기동 제어」를 실행하여, 각 상의 코일 (14A ∼ 14C) 에 대한 통전을 실시함으로써, 브러시리스 모터 (11) 의 로터를 정위치로 이동시킨 후, 「강제 구동」을 시키도록 되어 있다. 이 「강제 구동」에 의해 소정의 유기 전압이 발생한 후에는, 상기한 「유기 구동」으로 전환되도록 되어 있다.

여기서, 「유기 구동」에 대해 상세하게 설명한다. 도 2 에 유기 구동시에 제어 회로 (12) 에 의해 실행되는 각 상 통전 타이밍과 각 상 코일 단자 전압 변화를 타임 차트에 의해 나타낸다. 제어 회로 (12) 는, 구동 회로 (13) 의 각 트랜지스터 (Tr1 ∼ Tr6) 의 베이스 (게이트) 에 대한 통전을 제어함으로써, U 상, V 상 및 W 상의 각 코일 (14A ∼ 14C) 에 대한 통전을 제어한다. 도 2 에 있어서, 「UH, VH, WH」는 각각 U 상, V 상, W 상을 하이 레벨로 하는 Hi 측 게이트를 나타내고, 「UL, VL, WL」은 각각 U 상, V 상, W 상을 로우 레벨로 하는 Low 측 게이트를 나타낸다. 도 2 에 나타내는 바와 같이, Hi 측 게이트 및 Low 측 게이트의 통전을 제어함으로써, U 상, V 상 및 W 상의 각 코일 (14A ∼ 14C) 이 통전되고, 각 상에 코일 단자 전압이 발생하는 것을 알 수 있다.

도 3 에 U 상, V 상 및 W 상의 각 상의 코일 (14A ∼ 14C) 의 단자 전압 변화를 타임 차트에 의해 나타낸다. 이 차트로부터 알 수 있는 바와 같이, 각 상의 코일 (14A ∼ 14C) 은 「120˚ 통전」과「60˚ 비통전」을 교대로 받는다. 도 3 에 있어서, 시각 t1 에서 비통전으로 전환되면, 최초로 펄스 형상 전압으로서 정 (正) 의 역 (逆) 기전력이 발생하고, 그 후에 유기 전압이 증가한다. 다음으로, 시각 t2 에서 통전으로 전환되고 나서, 시각 t3 에서 비통전으로 전환될 때까지의 동안, 정의 정전압에 의해 추이된다. 그리고, 시각 t3 에서 비통전으로 전환되면, 펄스 형상 전압으로서 부 (負) 의 역기전력이 발생하고, 그 후에 유기 전압이 감소한다. 그리고, 시각 t4 에서 통전으로 전환되면, 부의 정전압에 의해 추이된다. 제어 회로 (12) 는 역기전압 이후에 발생하는 유기 전압을 이용하여 로터 위치를 검출하도록 되어 있다. 제어 회로 (12) 는 상기와 같이 검출되는 로터 위치에 기초하여 U 상, V 상 및 W 상의 각 상의 코일 (14A ∼ 14C) 에 대한 통전을 제어한다. 요컨대, 제어 회로 (12) 는 각 상의 코일 (14A ∼ 14C) 에 대한 통전을 순차적으로 전환시킴으로써, 마그넷 로터 (15) 를 회전시킴과 함께, 각 상의 코일 (14A ∼ 14C) 에 발생하는 유기 전압에 기초하여 로터 위치를 검출한다. 그리고, 제어 회로 (12) 는 검출된 로터 위치에 기초하여 각 상의 코일 (14A ∼ 14C) 에 대한 통전을 제어한다. 이와 같이 하여 「유기 구동」이 실시된다.

도 4 에 스테이터 (14) 에 대한 마그넷 로터 (15) 의 정지 위치 (초기 위치) 가 브러시리스 모터 (11) 의 기동에 적절한 경우에 대해, 통전 상의 변화와 스테이터 (14) 에 대한 마그넷 로터 (15) 의 자극 위치 (로터 위치) 의 변화를 개념도에 의해 나타낸다.

도 5 에 스테이터 (14) 에 대한 마그넷 로터 (15) 의 정지 위치 (초기 위치) 가 브러시리스 모터 (11) 의 기동에 적절치 못한 경우에 대해, 통전 상의 변화와 스테이터 (14) 에 대한 마그넷 로터 (15) 의 자극 위치 (로터 위치) 의 변화를 개념도에 의해 나타낸다.

도 9 에 마그넷 로터 (15) 의 초기 위치에 대해 생각할 수 있는 모든 패턴을 개념도에 의해 나타낸다. 도 9(A) ∼ (F) 에 나타내는 바와 같이, 초기 위치는 「패턴 1」 ∼ 「패턴 6」의 6 개가 있다.

초기 위치가 도 9 의 (A) ∼ (E) 인 경우에는, 도 4 의 (A) 에 나타내는 바와 같이, W 상과 V 상이 N 극이 되도록 통전시키고, U 상이 S 극이 되도록 통전시킴으로써, 마그넷 로터 (15) 를 도 4 의 (A) 위치까지 회전시켜, 도 4 의 (A) 위치에 위치 결정시킬 수 있다. 도 4 및 도 5 에 있어서는, N 극이 되는 W 상과 V 상을 짙은 해칭으로 나타내고, S 극이 되는 U 상을 옅은 해칭으로 나타내고 있다.

이 위치 결정을 위한 3 상 통전은, 본 실시예에서는 32 m초 통전시키고 있다. 유기 구동시의 각 전환에 있어서의 통전 시간은 0.1 m초의 오더이므로, 그것과 비교하여 상당히 긴 시간 통전시키고 있다. 이와 같이 오래 통전시킴으로써, 도 9 의 (A) ∼ (E) 의 경우에는, 32 m초 후에는 전부 도 4 의 (A) 위치에 위치 결정된다.

다음으로, 도 4 의 (B) 에 나타내는 바와 같이, 강제 구동을 위한 2 상 통전을 실시한다. W 상이 N 극이 되도록 통전시키고, U 상이 S 극이 되도록 통전시킨다. 강제 구동을 위한 2 상 통전은, 본 실시예에서는 16 m초 통전시키고 있다. 이로써, 도 4 의 (A) 위치에 위치 결정되어 있는 마그넷 로터 (15) 가 정회전 방향 (반시계 회전 방향) 으로 15 도 회전하여, (B) 에 나타내는 위치가 된다. 이로써, 유기 전압이 발생하고, (C) 부터는 통상적인 유기 구동으로 전환된다. 「W → V」, 「U → V」, 「U → W」, 「V → W」, 「V → U」, 「W → U」라는 소정의 통전 순서로 통전 상을 전환시킴으로써, 브러시리스 모터 (11) 를 유기 구동시키도록 되어 있다.

이에 대하여, 브러시리스 모터 (11) 가 정지 상태에 있을 때, 스테이터 (14) 에 대하여 마그넷 로터 (15) 가 도 9 의 (F) 에 나타내는 초기 위치에 있는 경우에는, 도 5(A) 에 나타내는 바와 같이, W 상과 V 상이 N 극이 되도록 통전시키고, U 상이 S 극이 되도록 통전시켜도, 마그넷 로터 (15) 의 N 극이 스테이터측의 N 극을 구성하는 W 상과 V 상의 경계에 있고, 마그넷 로터 (15) 의 S 극이 스테이터측의 S 극을 구성하는 U 상에 대향하고 있기 때문에, 서로의 반발력이 균형을 이루고 있어, 마그넷 로터 (15) 는 회전하지 않는다. 그 때문에, 도 4 의 (B) 에 나타내는 정규의 위치 결정 위치와 상이한 도 5 의 (A) 위치에 멈춘다.

다음으로, 도 5 의 (B) 에 나타내는 바와 같이, 강제 구동을 위한 2 상 통전을 실시한다. W 상이 N 극이 되도록 통전시키고, U 상이 S 극이 되도록 통전시킨다. 강제 구동을 위한 2 상 통전은, 본 실시예에서는 16 m초 통전시키고 있다.

그러나, 도 5 의 (A) 위치에 위치 결정되어 있는 마그넷 로터 (15) 는, 강제 구동이 통전되면, 역전 방향 (시계 회전 방향) 으로 회전한다. 이로써, 정규의 유기 전압은 발생하지 않고, 통상적인 유기 구동으로 전환시킬 수 없다. 즉, 32 m초 ＋ 16 m초를 소비해도, 유기 구동으로 전환시킬 수 없어 문제이다.

또한, 위치 결정 구동시켰을 때에 마그넷 로터 (15) 의 이너셔가 작은 경우에는, 마그넷 로터 (15) 가 정지 위치에서 언제까지나 계속해서 진동하기 때문에, 빠르게 유기 구동으로 변경시킬 수 없어 문제이다.

본 실시예에서는, 상기 문제를 해결하기 위해, 마그넷 로터 (15) 를 위치 결정시키기 위한 3 상 통전에 있어서, V 상을 N 극으로 하기 위한 통전의 듀티와, W 상을 N 극으로 하기 위한 통전의 듀티를 상이한 값으로 하고 있다. 또한, 위치 결정을 위한 3 상 통전에 있어서, V 상을 N 극으로 하기 위한 통전의 듀티와, W 상을 N 극으로 하기 위한 통전의 듀티를 점차 증가하도록 제어하고 있다. 이하, 그것들에 대해 설명한다.

도 8 에 통전 패턴을 나타낸다. 횡축이 시간적 경과를 나타내고, 종축이 통전되는 코일을 나타내고 있다. 횡축의 길이는, 정확한 시간을 나타내고 있지 않다.

T1 이 위치 결정을 위한 기동 제어 패턴이다. T2 중, 최초의 T2 만은 구동 제어 패턴이다. 그 이후의 T3 ∼ T7, 원래로 되돌아간 T2 ∼ T7 은 유기 구동의 패턴이다. 본 실시예에 있어서는, 기동 제어 패턴 T1 은 32 m초이고, 구동 제어 패턴 T2 (최초만) 는 16 m초이고, 유기 구동의 T2 ∼ T7 은 각각이 0.1 m초의 오더이다.

T1 패턴의 확대도 (도 8 의 A 부 확대도) 를 도 6 에 나타낸다. V 상에 대한 통전은, PWM 제어에 의해 듀티를 B1 ∼ B6 으로 6 단계로 증가시키고 있다. 또한, W 상에 대한 통전은, PWM 제어에 의해 듀티를 C1 ∼ C6 으로 6 단계로 증가시키고 있다. 여기서, C1 ＝ B1, C2 ＝ B2, … C6 ＝ B6 이다.

도 8 에 있어서, T2 ∼ T7 의 제어 패턴도 일부에서 PWM 제어하고 있는데, 그들의 PWM 제어는 항상 일정한 듀티이고, 점차 증가시키는 것은 실시하고 있지 않다.

도 6 과 같이 위치 결정 제어 패턴을 부여함으로써, 이너셔가 작은 마그넷 로터를 사용하는 경우에도, 브러시리스 모터를 위치 결정 위치로 이동시키는 데에 서서히 힘을 가하고 있기 때문에, 정지되었을 때의 진동을 적게 할 수 있어, 정지까지의 시간을 짧게 할 수 있다. 즉, 듀티를 서서히 증가시킴으로써, 마그넷 로터 (15) 의 진동 발생을 감소시킬 수 있고, 소정 위치에 정지될 때까지의 시간을 단축시킬 수 있다. 본 실시예의 특징은, 기동시의 위치 결정 제어 패턴 T1 만, 마그넷 로터 (15) 에 부여하는 토크를 서변 (徐變) 하고 있는 것에 있다.

또한, 다른 실시예의 위치 결정 제어 패턴 T1 을 도 7 에 나타낸다. V 상에 대한 통전은, PWM 제어에 의해 듀티를 B1 ∼ B6 으로 6 단계로 증가시키고 있다. 또한, W 상에 대한 통전은, PWM 제어에 의해 듀티를 C1 ∼ C6 으로 6 단계로 증가시키고 있다. 여기서, C1 의 듀티는 B1 의 듀티보다 크고, C2 의 듀티는 B2 의 듀티보다 크다. 이하, C5 까지 동일하다. C6, B6 은 모두 최대 듀티이며, 동일한 크기이다.

도 7 과 같이 위치 결정 제어 패턴을 부여함으로써, 2 상 통전에서 발생하는 자력에 차이가 발생하여 자력의 밸런스가 깨지기 때문에, 로터가 데드 포인트 위치에 있는 경우에도 로터를 회전시킬 수 있어, 로터를 반드시 소정의 위치에 정지시킬 수 있다.

이상 상세하게 설명한 바와 같이, 본 실시예의 브러시리스 모터 기동 방법 및 제어 장치에 의하면, 3 상의 코일을 갖는 스테이터 (14) 와, 스테이터 (14) 에 대응하여 형성된 4 극의 마그넷 로터 (15) 를 구비한 센서리스의 브러시리스 모터 (11) 를 기동시키는 3 상 4 극의 브러시리스 모터 기동 방법 또는 제어 장치로서, 브러시리스 모터 (11) 의 기동시에, 3 상의 코일 중 3 상의 코일에 대하여 통전을 실시하고, 3 상 통전 중, 2 상의 통전을 PWM 신호에 의한 점차 증가하는 듀티로 제어하므로, 이너셔가 작은 마그넷 로터를 사용하는 경우에도, 마그넷 로터를 위치 결정 위치로 이동시키는 데에 서서히 힘을 가하고 있기 때문에, 마그넷 로터에 과분한 속도를 부여하지 않고, 정지되었을 때의 진동을 적게 할 수 있어, 정지까지의 시간을 짧게 할 수 있다.

또한, 본 실시예의 브러시리스 모터 기동 방법 및 제어 장치에 의하면, 3 상의 코일을 갖는 스테이터 (14), 스테이터 (14) 에 대응하여 형성된 4 극의 마그넷 로터 (15) 를 구비한 센서리스의 브러시리스 모터 (11) 를 기동시키는 3 상 4 극의 브러시리스 모터 기동 방법 또는 제어 장치로서, 브러시리스 모터 (11) 의 기동시에, 3 상의 코일 중 3 상의 코일에 대하여 통전을 실시하고, 3 상 통전 중, 2 상 통전을 PWM 신호에 의한 상이한 듀티로 제어하므로, 2 상 통전에서 발생하는 자력에 차이가 발생하여 자력의 밸런스가 깨지기 때문에, 로터가 데드 포인트 위치에 있는 경우에도 로터를 회전시킬 수 있어, 로터를 반드시 소정의 위치에 정지시킬 수 있다.

본 발명은, 상기 실시예 외에 다양한 응용이 가능하다.

예를 들어, 본 실시예에서는 아우터 로터형에 대해 설명하였지만, 이너 로터형이어도 동일하다.

또한, 본 실시예에서는 3 상 4 극 타입에 대해 설명하였지만, 보다 다극의 마그넷 로터를 사용해도 동일하다.

11 : 브러시리스 모터
12 : 제어 회로
13 : 구동 회로
14 : 스테이터
15 : 마그넷 로터
T1 : 위치 결정 제어 패턴

Claims

삭제
3 상의 코일을 갖는 스테이터와, 상기 스테이터에 대응하여 형성된 마그넷 로터를 구비한 센서리스의 브러시리스 모터를 기동시키는 브러시리스 모터 기동 방법으로서,
상기 브러시리스 모터의 기동시에, 상기 3 상의 코일 중 3 상의 코일에 대하여 통전을 실시하고,
상기 3 상 통전 중, 2 상의 통전을 PWM 신호에 의한 상이한 듀티로 제어하는 것을 특징으로 하는 브러시리스 모터 기동 방법.
제 2 항에 있어서,
상기 듀티를 점차 증가시키는 것을 특징으로 하는 브러시리스 모터 기동 방법.
삭제
3 상의 코일을 갖는 스테이터와, 상기 스테이터에 대응하여 형성된 마그넷 로터를 구비한 센서리스의 브러시리스 모터를 기동시키는 브러시리스 모터 제어 장치로서,
상기 브러시리스 모터의 기동시에, 상기 3 상의 코일 중 3 상의 코일에 대하여 통전을 실시하고,
상기 3 상 통전 중, 2 상의 통전을 PWM 신호에 의한 상이한 듀티로 제어하는 것을 특징으로 하는 브러시리스 모터 제어 장치.
제 5 항에 있어서,
상기 듀티를 점차 증가시키는 것을 특징으로 하는 브러시리스 모터 제어 장치.