KR101234778B1

KR101234778B1 - 센서리스 ｂｌｄｃ 모터의 감속장치 및 방법

Info

Publication number: KR101234778B1
Application number: KR1020110100988A
Authority: KR
Inventors: 이상현
Original assignee: 이상현
Priority date: 2011-10-05
Filing date: 2011-10-05
Publication date: 2013-02-20
Also published as: US20140217939A1; US9287807B2; WO2013051830A2; WO2013051830A3

Abstract

본 발명은 센서리스 BLDC(Brush Less Direct Current) 모터를 빠른 속도로 감속 구동시키는 것으로서 스위칭부가 복수 개의 PWM(Pulse Width Modulation) 신호에 따라 직류전력을 스위칭시켜 3상 교류전력을 생성하고 생성한 3상 교류전력을 BLDC(Brush Less Direct Current) 모터에 인가하여 구동시켜, 복수 개의 분압기가 BLDC 모터에서 발생되는 역기전력을 분압하며, 제어부는 복수 개의 분압기의 출력신호로 BLDC 모터의 현재 회전속도를 계산하고, 계산한 현재 회전속도 및 지령 회전속도에 따라 복수 개의 PWM 신호를 발생하여 스위칭부로 출력하며, BLDC 모터의 회전속도를 감속시킬 경우에 상기 BLDC 모터의 회전 위상각을 감속영역과 ZCP(Zero Crossing Point) 검출영역으로 구획하고, 감속영역일 경우에 상기 BLDC 모터를 감속시키고, ZCP 검출영역일 경우에 상기 역기전력의 ZCP를 검출하는 것으로서 BLDC 모터를 매우 빠른 시간 내에 요구되는 속도로 감속시키는 센서리스 BLDC 모터의 감속장치이다.

Description

센서리스 ＢＬＤＣ 모터의 감속장치 및 방법{Apparatus and method for reducing velocity of sensorless Brush Less Direct Current motor}

본 발명은 BLDC(Brush Less Direct Current) 모터를 요구되는 속도로 감속시키는 센서리스 BLDC 모터의 감속장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로 BLDC 모터는 직류모터에 비하여 사용수명이 길고, 정격 속도구간에서는 토크가 일정하며, 효율이 매우 높다. 또한 상기 BLDC 모터는 회전자에 영구자석이 구비되어 있으므로 동적 특성이 우수하고, 브러시 및 회전자가 필요 없으며, 회전속도의 제어범위가 매우 넓은 장점이 있다.

그러나 상기 BLDC 모터를 구동시키기 위해서는 전용의 BLDC 모터 드라이버를 사용해야 된다.

상기 BLDC 모터 드라이버는 속도 제어부 및 스위칭부를 포함하고 있다. 상기 속도 제어부는 지령 회전속도와 상기 BLDC 모터의 현재 회전속도에 따라 BLDC 모터를 구동시킬 PWM(Pulse Width Modulation) 신호를 발생한다. 상기 스위칭부는 상기 PWM 신호에 따라 직류전력을 스위칭하여 3상 교류전력을 생성하고, 생성한 3상 교류전력을 BLDC 모터에 인가하여 구동시킨다.

이러한 BLDC 모터 드라이버가 BLDC 모터의 회전속도를 가속시킬 경우에 상기 속도 제어부가 상기 PWM 신호의 듀티비를 조절하여 빠른 시간 내에 요구되는 속도로 가속시키고 있다.

그리고 상기 BLDC 모터 드라이버가 상기 BLDC 모터의 회전속도를 감속시킬 경우에 상기 속도 제어부는 상기 PWM 신호의 듀티비(Duty Ratio)를 조절하여 상기 BLDC 모터의 회전속도를 감속시키고 있다(대한민국 등록특허공보 제413466호 및 대한민국 등록특허공보 제469274호 참조).

그러나 상기 BLDC 모터는 회전자가 회전하고 있는 회전 관성이 남아 있으므로 상기 PWM 신호의 듀티비를 조절하는 것만으로는 요구되는 속도까지 감속시키는데 많은 시간이 소요된다.

또한 상기 PWM(Pulse Width Modulation) 신호의 듀티 비를 0으로 만들어 전류의 출입을 완전히 통제시킨다 하더라도 회전자의 회전관성에 의해 주어진 속도 감속의 명령에 신속하게 반응하기가 어렵다.

BLDC 모터를 신속하게 감속 구동시킬 경우에 물리적인 감속기를 사용할 수가 있다.

그러나 상기 감속기를 사용하는 것은 물리적으로 구성이 매우 복잡하게 되고, 별도의 비용을 필요로 함은 물론 소음 및 진동 등의 영향을 피할 수 없다.

그러므로 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 별도로 물리적인 감속기를 사용하지 않고, BLDC 모터가 회전하면서 발생되는 역기전력을 이용하여 BLDC 모터의 회전속도를 요구되는 속도로 빠른 시간 내에 감속시킬 수 있는 센서리스 BLDC 모터의 감속장치 및 방법을 제공한다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 상기에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않고, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 센서리스 BLDC 모터의 감속장치 및 방법에 따르면, BLDC 모터가 회전할 경우에 발생되는 역기전력을 이용하여 회전속도를 빠른 시간 내에 요구되는 속도로 감속시킨다.

이론적으로 3상 BLDC 모터의 3단자를 하나의 접점에 모두 연결하여 루프를 형성할 경우에 3상 BLDC 모터는 역기전력에 의하여 매우 빠른 속도로 정지하게 된다.

그러나 상기한 3상 BLDC 모터에 대한 이론은 3상 BLDC 모터의 회전속도를 원하는 속도로 감속시키는 것이 아니라 매우 빠른 속도로 정지시키기 위한 것으로서 3상 BLDC 모터의 3단자를 하나의 접점에 연결하는 것만으로는 BLDC 모터의 회전속도를 요구되는 속도로 감속시키는데 한계가 있다.

그러므로 본 발명에서는 BLDC 모터의 회전 위상각을 복수 개의 영역으로 구획하여 감속영역 및 ZCP 검출영역으로 설정한다.

그리고 상기 BLDC 모터의 현재 회전속도를 기준으로 하여 상기 감속영역의 감속시간을 계산하고, 상기 BLDC 모터에서 발생되는 역기전력의 ZCP(Zero Crossing Point)가 검출되는 시점부터 상기 계산한 감속시간동안 상기 BLDC 모터를 감속시킨다.

여기서, 상기 BLDC 모터의 감속은 상기 BLDC 모터의 세 단자를 전원단자에 모두 전기적으로 접속시켜 감속시킬 수 있다. 또한 상기 BLDC 모터의 감속은 상기 BLDC 모터의 세 단자를 접지단자에 모두 전기적으로 접속시켜 감속시킬 수 있다.

상기 감속시간이 경과될 경우에 상기 BLDC 모터에서 발생되는 역기전력의 ZCP를 검출한다.

그리고 상기 BLDC 모터를 감속시키기 시작한 시점부터 상기 역기전력의 ZCP가 검출된 시점까지의 시간 간격을 이용하여 상기 BLDC 모터의 현재 회전속도를 계산하고, 계산한 현재 회전속도를 기준으로 하여 상기 감속영역의 감속시간을 계산하며, 계산한 감속시간동안 상기 BLDC 모터를 감속시킨 후 역기전력의 ZCP를 검출하는 동작을 반복하는 것으로서 BLDC 모터를 빠른 시간내에 요구되는 회전속도로 감속시킬 수 있다.

본 발명의 센서리스 BLDC 모터의 감속장치는 복수 개의 PWM(Pulse Width Modulation) 신호에 따라 직류전력을 스위칭시켜 3상 교류전력을 생성하고 생성한 3상 교류전력을 BLDC(Brush Less Direct Current) 모터에 인가하여 구동시키는 스위칭부와, 상기 BLDC 모터에서 발생되는 역기전력을 분압하는 복수 개의 분압기와, 상기 복수 개의 분압기의 출력신호로 상기 BLDC 모터의 현재 회전속도를 계산하고 계산한 현재 회전속도 및 지령 회전속도에 따라 복수 개의 PWM 신호를 발생하여 상기 스위칭부로 출력하며 상기 BLDC 모터의 회전속도를 감속시킬 경우에 상기 BLDC 모터의 회전 위상각을 감속영역과 ZCP(Zero Crossing Point) 검출영역으로 구획하고 감속영역일 경우에 상기 BLDC 모터를 감속시키고, ZCP 검출영역일 경우에 상기 역기전력의 ZCP를 검출하는 제어부를 포함한다.

상기 BLDC 모터의 감속은 상기 제어부의 제어에 따라 상기 스위칭부가 상기 BLDC 모터의 단자를 전원단자에 전기적으로 접속시켜 감속한다.

상기 BLDC 모터의 감속은 상기 제어부의 제어에 따라 상기 스위칭부가 상기 BLDC 모터의 단자를 접지단자에 전기적으로 접속시켜 감속한다.

상기 감속영역은 상기 BLDC 모터의 현재 회전속도를 기준으로 하여, 현재 ZCP가 검출된 시간부터 다음의 ZCP가 검출되는 시간 이전의 영역으로 설정되고, 상기 ZCP 검출영역은 상기 감속영역의 시간이 경과된 후 다음의 ZCP가 검출될 때까지이다.

그리고 본 발명의 센서리스 BLDC 모터의 감속방법은, BLDC 모터의 감속명령이 발생될 경우에 속도 제어부가 상기 BLDC 모터의 현재 회전속도를 기준으로 감속영역의 감속시간을 계산하는 단계와, 상기 속도 제어부가 상기 BLDC 모터에서 발생되는 역기전력의 제 1 ZCP을 검출하는 시점부터 상기 감속시간 동안 상기 BLDC 모터를 감속하게 제어하는 단계와, 상기 감속시간이 경과될 경우에 상기 속도 제어부가 상기 제 2 ZCP를 검출하는 단계와, 상기 속도 제어부가 제 1 ZCP을 검출하는 시점부터 상기 제 2 ZCP를 검출하는 시점을 이용하여 상기 BLDC 모터의 현재 회전속도를 검출하는 단계를 포함한다.

상기 BLDC 모터를 감속하게 제어하는 단계는 상기 속도 제어부의 제어에 따라 스위칭부가 상기 BLDC 모터의 3단자를 전원단자에 전기적으로 접속시켜 감속하는 단계를 포함한다.

상기 BLDC 모터를 감속하게 제어하는 단계는 상기 속도 제어부의 제어에 따라 스위칭부가 상기 BLDC 모터의 3단자를 접지단자에 전기적으로 접속시켜 감속하는 단계를 포함한다.

상기 감속영역은 상기 제 1 ZCP 및 상기 제 2 ZCP가 검출되는 시간영역 이내로 설정된다.

본 발명의 센서리스 BLDC 모터의 감속방법은 BLDC 모터의 현재 회전속도를 기준으로 하여 감속영역의 감속시간을 계산하고, 계산한 감속시간 동안 BLDC 모터를 감속시킨 후 역기전력의 ZCP를 검출하여 상기 BLDC 모터의 회전속도를 계산하는 동작을 반복한다.

그러므로 구동되고 있는 BLDC 모터를 빠른시간 내에 요구되는 속도로 감속시킬 수 있다.

이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명을 한정하지 않는 실시 예를 통해 본 발명을 보다 상세히 설명하며, 일부 도면에서 동일한 요소에 대해서는 동일한 부호를 부여한다.
도 1은 본 발명의 감속방법이 적용되는 BLDC 모터 드라이버의 구성을 예로 들어 보인 도면,
도 2는 BLDC 모터를 구동시킬 경우에 BLDC 모터에 인가하는 구동전력과 BLDC 모터에서 발생되는 역기전력을 설명하기 위한 도면,
도 3은 속도 제어부가 역기전력의 ZCP(Zero Crossing Point)를 검출하는 동작을 설명하기 위한 도면,
도 4는 본 발명에 따라 속도 제어부가 BLDC 모터의 회전속도를 감속시키면서 역기전력의 ZCP를 검출하여 회전속도를 계산하는 실시 예의 동작을 설명하기 위한 도면,
도 5는 본 발명의 감속방법에 따른 속도 제어부의 동작을 보인 신호흐름도,
도 6은 본 발명에 따라 BLDC 모터의 3 단자를 전원단자에 전기적으로 접속시키면서 감속시킬 경우에 BLDC 모터에 인가되는 구동전력과 BLDC 모터에서 발생되는 역기전력을 설명하기 위한 도면, 및
도 7은 본 발명에 따라 BLDC 모터의 3 단자를 접지단자에 전기적으로 접속시키면서 감속시킬 경우에 BLDC 모터에 인가되는 구동전력과 BLDC 모터에서 발생되는 역기전력을 설명하기 위한 도면이다.

이하의 상세한 설명은 예시에 지나지 않으며, 본 발명의 실시 예를 도시한 것에 불과하다. 또한 본 발명의 원리와 개념은 가장 유용하고, 쉽게 설명할 목적으로 제공된다.

따라서, 본 발명의 기본 이해를 위한 필요 이상의 자세한 구조를 제공하고자 하지 않았음은 물론 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 실체에서 실시될 수 있는 여러 가지의 형태들을 도면을 통해 예시한다.

도 1은 본 발명이 적용되는 BLDC(Brush Less Direct Current) 모터 드라이버의 구성을 예로 들어 보인 도면이다. 여기서, 부호 100은 BLDC 모터이다. 예를 들면, 상기 BLDC 모터(100)는 3상 교류전력에 의해 구동된다.

부호 110은 속도 제어부이다. 상기 속도 제어부(110)는 상기 BLDC 모터(100)가 구동될 경우에 발생되는 역기전력을 이용하여 상기 BLDC 모터(100)의 현재 회전속도를 검출하고, 검출한 현재 회전속도와 지령 회전속도에 따른 듀티비를 갖는 PWM(Pulse Width Modulation) 신호를 발생하여 상기 BLDC 모터(100)의 회전속도를 제어한다.

부호 120은 스위칭부이다. 상기 스위칭부(120)는 상기 속도 제어부(110)가 발생하는 PWM 신호에 따라, 전원단자(Vcc)의 직류전력을 스위칭하여 U상, V상 및 W상의 3상 교류전력을 발생하고 발생한 U상, V상 및 W상의 3상 교류전력을 상기 BLDC 모터(100)로 출력하여 구동시킨다.

예를 들면, 상기 스위칭부(120)는 전원단자(Vcc)와 접지의 사이에 트랜지스터 등과 같은 스위칭 소자(Q1, Q2)(Q3, Q4)(Q5, Q6)를 각기 직렬 접속하고, 상기 스위칭 소자(Q1～Q6)의 베이스에는 상기 속도 제어부(110)에서 출력되는 복수 개의 PWM 신호가 각기 인가되게 접속되며, U상, V상 및 W상의 3상 전력이 출력되는 상기 스위칭 소자(Q1, Q2)(Q3, Q4)(Q5, Q6)들 각각의 접속점이 상기 BLDC 모터(100)의 3단자에 각기 접속된다.

부호 130-1, 130-2 및 130-3은 복수 개의 분압기이다. 상기 복수 개의 분압기(130-1, 130-2, 130-3)들 각각은, 상기 BLDC 모터(100)가 회전할 경우에 발생되는 U상, V상 및 W상 역기전력의 전압레벨을 상기 속도 제어부(110)가 입력할 수 있는 최대 전압레벨 이하가 되도록 분압하고, 분압한 U상, V상 및 W상 역기전력을 상기 속도 제어부(110)에 입력시킨다.

여기서, 상기 복수 개의 분압기(130-1, 130-2, 130-3)들은 여러 가지 형태로 구현될 수 있다. 예를 들면, 상기 복수 개의 분압기(130-1, 130-2, 130-3)들 각각이 복수 개의 저항을 사용하여 역기전력을 일정한 비율로 분압시키게 구성할 수 있다. 이 경우에 상기 속도 제어부(110)는 아날로그/디지털 변환기를 동작시켜 역기전력의 ZCP(Zero Crossing Point)를 검출한다.

또한 상기 복수 개의 분압기(130-1, 130-2, 130-3)는 비교기를 사용하여 중성점 전압과 역기전력의 전압이 동일하게 되는 시점을 검출하게 구성할 수 있다. 이 경우에 상기 속도 제어부(110)는 상기 복수 개의 분압기(130-1, 130-2, 130-3)의 출력신호를 인터럽트 신호로 이용하여 ZCP를 검출한다.

또한 상기한 구성 이외에도 상기 복수 개의 분압기(130-1, 130-2, 130-3)를 다양하게 구성할 수 있다.

이하의 설명에서는 편의를 위하여 상기 복수 개의 분압기(130-1, 130-2, 130-3)들이 각기 복수 개의 저항을 사용하여 역기전력의 전압을 분압하는 것으로 설명한다.

이러한 구성을 가지는 센서리스 BLDC 모터 드라이버는 전원단자(Vcc)에 직류전력이 인가된 상태에서 속도 제어부(110)는 외부로부터 지령 회전속도가 입력될 경우에 상기 지령 회전속도에 따라 소정의 듀티비를 가지는 복수 개의 PWM 신호를 발생하고, 발생한 복수 개의 PWM 신호는 스위칭부(120)의 복수 개의 스위칭 소자(Q1～Q6)의 베이스에 인가된다.

여기서, 스위칭 소자(Q1)(Q2)의 베이스에 인가되는 PWM 신호들과, 상기 스위칭 소자(Q3)(Q4)의 베이스에 인가되는 PWM 신호들과, 상기 스위칭 소자(Q5)(Q6)의 베이스에 인가되는 PWM 신호들 각각은 상호간에 180°의 위상차를 갖는다.

그리고 상기 스위칭 소자(Q1, Q2)와, 상기 스위칭 소자(Q3, Q4)와, 상기 스위칭 소자(Q5, Q6)들 각각의 베이스에 인가되는 PWM 신호들은 상호간에 120°의 위상차를 갖는다.

상기 복수 개의 스위칭 소자(Q1, Q2)(Q3, Q4)(Q5, Q6)들 각각은 상기 속도 제어부(110)가 발생하는 복수 개의 PWM 신호에 따라 스위칭되면서 3상 교류전력을 발생한다. 예를 들면, 상기 스위칭부(120)는 도 2의 (a)(b)(c)에 각기 도시된 바와 같은 위상을 가지는 U상, V상 및 W상의 구동전력을 발생한다.

상기 스위칭부(120)가 발생한 U상, V상 및 W상의 3상 교류전력은 BLDC 모터(100)에 인가되는 것으로서 상기 BLDC 모터(100)는 상기 3상 교류전력에 따라 구동된다.

이와 같이 하여 BLDC 모터(100)가 구동되는 상태에서 상기 BLDC 모터(100)는 예를 들면, 도 2의 (d)(e)(f)에 도시된 바와 같이 U상, V상 및 W상의 역기전력을 발생하게 된다.

상기 발생하는 U상, V상 및 W상의 역기전력은 상기 속도 제어부(110)가 직접 입력하기에는 매우 높은 전압 레벨을 가지는 것으로서 상기 U상, V상 및 W상의 역기전력을 복수 개의 분압기(130)가 각기 분압하고, 분압한 U상, V상 및 W상의 역기전력은 상기 속도 제어부(110)로 입력된다.

상기 속도 제어부(110)는 내장되어 있는 아날로그/디지털 변환기(도면에 도시되지 않았음)를 동작시켜, 상기 입력되는 U상, V상 및 W상의 역기전력을 디지털 역기전력으로 변환하고, 상기 디지털 역기전력을 이용하여 상기 BLDC 모터(100)의 현재 회전속도를 검출한다.

상기 BLDC 모터(100)의 현재 회전속도가 검출되면, 상기 속도 제어부(110)는 상기 현재 회전속도와 상기 지령 회전속도를 비교하여, 상기 BLDC 모터(100)를 상기 지령 회전속도로 회전시킬 수 있는 제어 값을 추출한다.

그리고 상기 속도 제어부(110)는 상기 제어 값에 따른 듀티비를 가지는 복수 개의 PWM 신호를 발생하고, 발생한 복수 개의 PWM 신호로 스위칭부(120)의 스위칭 소자(Q1～Q6)를 스위칭시켜 상기 BLDC 모터(100)가 상기 지령 회전속도로 회전되게 제어한다.

이와 같이 동작함에 있어서, 상기 BLDC 모터(100)가 1 회전할 때마다 U상, V상 및 W상의 역기전력이 0V로 되는 ZCP(Zero Crossing Point)가 2번씩 발생하는 것으로서 전체적으로 6번의 ZCP가 발생하게 된다.

그러므로 상기 속도 제어부(110)는 상기 BLDC 모터(100)의 회전에 따른 위상을 예를 들면, 60°의 각도로 구획하여 ZCP를 검출하면서 상기 BLDC 모터(100)의 회전속도를 제어한다.

예를 들면, 상기 속도 제어부(110)는 도 3에 도시된 바와 같이 위상 변화가 발생되는 시점(t1)인 0°부터 내장되어 있는 아날로그/디지털 변환기를 동작시켜 U상, V상 및 W상의 역기전력의 ZCP를 검출하기 시작한다.

시점(t2)에서 U상, V상 또는 W상의 역기전력의 ZCP가 검출되면, BLDC 모터(100)의 회전 위상각이 30°인 것으로서 상기 속도 제어부(110)는 상기 시점(t2)부터 위상 변화가 발생되는 다음 시점(t3)까지 대기한다.

그리고 상기 위상 변화가 발생되는 시점(t3)에서 상기 속도 제어부(110)는 다시 아날로그/디지털 변환기를 동작시켜 U상, V상 및 W상의 역기전력의 ZCP를 검출하기 시작하고, 시점(t4)에서 역기전력의 ZCP가 검출될 경우에 다음의 위상 변화가 발생되는 시점(t5)까지 대기하는 동작을 반복 수행한다.

즉, 상기 속도 제어부(110)는 역기전력의 ZCP를 검출하는 ZCP 검출영역(T1)과, 위상의 변화가 발생하는 시점까지 대기하는 대기영역(T2)으로 구획하여 BLDC 모터(100)의 회전속도를 제어하고 있다.

도 4는 본 발명에 따라 속도 제어부가 BLDC 모터의 회전속도를 감속시키면서 역기전력의 ZCP를 검출하여 회전속도를 계산하는 실시 예의 동작을 설명하기 위한 도면이다. 도 4를 참조하면, 본 발명은 BLDC 모터(100)의 회전속도를 감속시킬 경우에 속도 제어부(110)가 상기 BLDC 모터(100)의 회전 위상각을 예를 들면, 15°의 각도를 가지는 복수 개의 영역으로 구획한다.

그리고 상기 속도 제어부(110)는 상기 구획한 복수 개의 영역들 중에서 위상 변화가 발생되는 시점(t11, t15)부터 상기 BLDC 모터(100)의 위상각이 15° 회전하는 시점(t12, t16)까지의 기간을 상기 BLDC 모터(100)의 감속영역(T11)으로 설정하고, 상기 시점(t12, t16)부터 역기전력의 ZCP가 검출되는 시점(t13, t17)까지의 기간을 ZCP 검출영역(T12)으로 설정하며, 역기전력의 ZCP가 검출되는 시점(t13, t17)부터 다음의 위상 변화가 발생되는 시점(t15, t19)까지의 기간을 다시 상기 BLDC 모터(100)의 감속영역(T13)으로 설정한다.

즉, 본 발명에서는 상기 BLDC 모터(100)의 회전속도를 감속시킬 경우에 상기 속도 제어부(110)는 역기전력의 ZCP가 검출되는 시점(t13, t17)부터 상기 BLDC 모터(100)의 회전자가 약 45°정도 회전할 때까지의 시간영역을 감속영역(T13, T11)으로 설정하고, 상기 감속영역(T13, T11)의 다음부터 역기전력의 ZCP가 검출되는 시점(t13, t17)까지 ZCP 검출영역(T12)으로 설정한다.

그리고 상기 속도 제어부(110)는 BLDC 모터(100)를 감속시킬 경우에 역기전력의 ZCP가 검출되는 시점을 이용하여 상기 BLDC 모터(100)의 현재 회전 위상각이 감속영역(T13, T11) 또는 ZCP 검출영역(T12)인지의 여부를 판단한다.

감속영역(T13, T11)일 경우에 상기 속도 제어부(110)는 상기 BLDC 모터(100)의 현재 회전속도를 기준으로 하여 상기 감속영역(T13, T11)의 감속시간을 계산하고, 계산한 감속시간 동안 상기 BLDC 모터(100)의 3 단자를 하나의 접점에 연결시켜 급속 감속시킨다.

그리고 상기 감속시간이 경과될 경우에 상기 속도 제어부(110)는 상기 BLDC 모터(100)의 3 단자를 하나의 접점에 연결시키지 않고, 아날로그/디지털 변환기를 동작시켜 역기전력의 ZCP를 검출한다.

역기전력의 ZCP가 검출되면, 상기 속도 제어부(110)는 상기 BLDC 모터(100)를 감속시키기 시작한 시점부터 역기전력의 ZCP가 검출된 시점까지의 시간을 이용하여 상기 BLDC 모터(100)의 현재 회전속도를 계산한다.

상기 BLDC 모터(100)의 현재 회전속도가 계산되면, 상기 속도 제어부(110)는 상기 BLDC 모터(100)의 현재 회전속도가 요구되는 속도로 감속되었는지의 여부를 판단하고, 감속되지 않았을 경우에 상술한 바와 같이 감속영역의 감속시간을 계산하여 상기 BLDC 모터(100)를 감속시키고, 역기전력의 ZCP를 검출하는 동작을 반복한다.

그리고 상기 BLDC 모터(100)의 현재 회전속도가 요구되는 속도로 감속되었을 경우에 상기 속도 제어부(110)는 정상으로 PWM 신호를 발생하면서 감속된 현재 회전속도로 계속 BLDC 모터(100)를 구동시킨다.

여기서, 상기 감속영역의 각도 및 ZCP 검출영역의 각도는 예로 들어 설명한 것으로서 본 발명을 실시함에 있어서는 상기 감속영역의 각도 및 ZCP 검출영역의 각도를 필요에 따라 여러 가지의 각도로 변형하여 실시할 수 있다.

도 5는 본 발명의 감속방법에 따른 속도 제어부의 동작을 보인 신호흐름도이다. 도 5를 참조하면, 속도 제어부(110)는 외부의 명령 입력부(도면에 도시되지 않았음) 등으로부터 동작명령이 입력되는지의 여부를 판단한다(S200).

명령 입력부(도면에 도시되지 않았음)로부터 동작명령이 입력될 경우에 상기 속도 제어부(110)는 입력된 동작명령이 BLDC 모터(100)의 회전속도를 감속시키는 감속명령인지의 여부를 판단한다(S202).

입력된 명령이 감속명령 이외에 가속명령 등을 비롯한 다른 명령일 경우에 상기 속도 제어부(110)는 입력된 동작명령에 따른 소정의 동작을 수행한다(S204).

그리고 입력된 동작명령이 BLDC 모터(100)의 회전속도를 감속시키는 감속명령일 경우에 상기 속도 제어부(110)는 상기 BLDC 모터(100)의 현재 회전속도를 기준으로 하여 감속영역의 감속시간을 계산한다(S206).

여기서, 상기 감속영역은 상기 BLDC 모터(100)에서 발생되는 역기전력의 ZCP가 검출된 시점부터 다음 역기전력의 ZCP가 검출되는 시점까지의 시간영역 이내에서 설정한다.

즉, 상기 BLDC 모터(100)를 감속시킬 경우에 상기 BLDC 모터(100)의 회전속도가 빠른 속도로 감속되면서 회전 위상각의 시간간격이 점차 길어지게 된다. 그러므로 상기 감속영역은 상기 역기전력의 ZCP가 검출된 시점부터 다음 역기전력의 ZCP가 검출되는 시간영역 전체를 감속영역을 설정하여 감속시켜도 상기 BLDC 모터(100)의 회전속도가 빠른 속도로 감속되면서 역기전력의 ZCP가 검출되기 이전의 시간부터 역기전력의 ZCP를 검출하게 되므로 역기전력의 ZCP를 정확하게 검출할 수 있다.

상기 감속영역의 감속시간이 계산되면, 상기 속도 제어부(110)는 내장되어 있는 아날로그/디지털 변환기를 동작시키고(S208), 상기 아날로그/디지털 변환기의 출력신호로 역기전력의 ZCP가 검출되는지의 여부를 판단한다(S210).

상기 역기전력의 ZCP가 검출되면, 상기 속도 제어부(110)는 상기 계산한 감속시간 동안 감속동작을 수행하여 상기 BLDC 모터(100)를 감속시킨다(S212).

즉, 상기 속도 제어부(110)는 스위칭부(120)의 스위칭 소자(Q2, Q4, Q6)들을 모두 오프(OFF) 시킨 상태에서 스위칭 소자(Q1, Q3, Q5)들을 모두 온(ON) 시켜 상기 BLDC 모터(100)의 세 단자를 전원단자(Vcc)에 접속되게 함으로써 상기 BLDC 모터(100)가 역기전력에 의해 빠른 속도로 감속되게 할 수 있다.

도 6은 본 발명에 따라 BLDC 모터의 3 단자를 전원단자에 전기적으로 접속시키면서 감속시킬 경우에 BLDC 모터에 인가되는 구동전력과 BLDC 모터에서 발생되는 역기전력을 설명하기 위한 도면이다. BLDC 모터(100)에는 도 6의 (a)(b)(c)와 같이 U상, V상 및 W상의 구동전력이 인가되는 것으로서 감속영역의 시간동안 BLDC 모터(100)의 3 단자를 전원단자(Vcc)에 접속시켜 감속시킴에 따라 상기 BLDC 모터(100)에서는 도 6의 (d)(e)(f)에 도시된 바와 같이 역기전력이 발생된다.

또한 상기 속도 제어부(110)는 스위칭부(120)의 스위칭 소자(Q1, Q3, Q5)들을 모두 오프(OFF) 시킨 상태에서 스위칭 소자(Q2, Q4, Q6)들을 모두 온(ON) 시켜 상기 BLDC 모터(100)의 세 단자를 접지단자에 접속되게 함으로써 상기 BLDC 모터(100)가 역기전력에 의해 빠른 속도로 감속되게 할 수 있다.

도 7은 본 발명에 따라 BLDC 모터의 3 단자를 접지단자에 전기적으로 접속시키면서 감속시킬 경우에 BLDC 모터에 인가되는 구동전력과 BLDC 모터에서 발생되는 역기전력을 설명하기 위한 도면이다. BLDC 모터(100)에는 도 7의 (a)(b)(c)와 같이 U상, V상 및 W상의 구동전력이 인가되는 것으로서 감속영역의 시간동안 BLDC 모터(100)의 3 단자를 접지단자에 접속시켜 감속시킴에 따라 상기 BLDC 모터(100)에서는 도 7의 (d)(e)(f)에 도시된 바와 같이 역기전력이 발생된다.

여기서, 감속영역의 시간동안 에는 상기 BLDC 모터(100)의 세 단자를 하나의 접점에 접속시켜 역기전력을 검출할 수 없으므로 상기 속도 제어부(110)는 상기 BLDC 모터(100)를 감속시킬 경우에 상기 아날로그/디지털 변환기의 동작을 정지시켜 필요 없이 전력이 소모되는 것을 방지하는 것이 바람직하다.

이와 같은 상태에서 상기 속도 제어부(110)는 상기 감속시간이 경과될 경우에 다시 상기 아날로그/디지털 변환기를 다시 동작시키고(S214), 상기 아날로그/디지털 변환기의 출력신호를 이용하여 역기전력의 ZCP가 검출되는지의 여부를 판단한다(S216).

상기 단계(S216)에서 역기전력의 ZCP가 검출될 경우에 상기 속도 제어부(110)는 상기 검출된 역기전력의 ZCP를 이용하여 상기 BLDC 모터(100)의 현재 회전속도를 계산한다(S218).

여기서, 상기 BLDC 모터(100)의 현재 회전속도의 계산은 현재 및 바로 이전에 검출된 역기전력의 ZCP들 사이의 시간 간격을 이용하여 계산한다.

상기 BLDC 모터(100)의 현재 회전속도가 계산되면, 상기 속도 제어부(110)는 상기 BLDC 모터(100)의 현재 회전속도가 감속명령에 따라 요구되는 속도까지 감속되었는지의 여부를 판단한다(S220).

상기 판단 결과 상기 BLDC 모터(100)의 회전속도가 감속명령에 따라 요구되는 속도까지 감속되지 않았을 경우에 상기 속도 제어부(110)는 현재 계산한 회전속도를 기준으로 하여 감속영역의 감속시간을 계산한다(S222).

그리고 상기 속도 제어부(110)는 상기 단계(S212)로 복귀하여 상기 계산한 감속시간동안 상기 BLDC 모터(100)를 감속시키고, 감속시간이 경과될 경우에 상기 아날로그/디지털 변환기를 동작시켜 역기전력의 ZCP를 검출한 후 상기 BLDC 모터(100)의 현재 회전속도를 계산하여 감속명령에 따라 요구되는 속도까지 감속되었는지의 여부를 판단하는 동작을 반복 수행한다.

이와 같은 상태에서 상기 BLDC 모터(100)의 현재 회전속도가 감속명령에 따라 요구되는 속도까지 감속되었을 경우에 상기 속도 제어부(110)는 상기 BLDC 모터(100)가 현재 회전속도로 계속 구동되게 제어하고(S224), 상기 BLDC 모터(100)의 회전속도를감속시키는 동작을 종료한다.

이상에서는 대표적인 실시 예를 통하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시 예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다.

그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

100 : BLDC 모터 110 : 속도 제어부
120 : 스위칭부 130-1, 130-2, 130-3 : 분압기

Claims

복수 개의 PWM(Pulse Width Modulation) 신호에 따라 직류전력을 스위칭시켜 3상 교류전력을 생성하고 생성한 3상 교류전력을 BLDC(Brush Less Direct Current) 모터에 인가하여 구동시키는 스위칭부;
상기 BLDC 모터에서 발생되는 역기전력을 분압하는 복수 개의 분압기; 및
상기 복수 개의 분압기의 출력신호로 상기 BLDC 모터의 현재 회전속도를 계산하고, 계산한 현재 회전속도 및 지령 회전속도에 따라 복수 개의 PWM 신호를 발생하여 상기 스위칭부로 출력하며, 상기 BLDC 모터의 회전속도를 감속시킬 경우에 상기 BLDC 모터의 회전 위상각을 감속영역과 ZCP(Zero Crossing Point) 검출영역으로 구획하고, 감속영역일 경우에 상기 BLDC 모터를 감속시키고, ZCP 검출영역일 경우에 상기 역기전력의 ZCP를 검출하는 제어부;를 포함하는 센서리스 BLDC 모터의 감속장치.
제 1 항에 있어서, 상기 BLDC 모터의 감속은;
상기 제어부의 제어에 따라 상기 스위칭부가 상기 BLDC 모터의 단자를 전원단자에 전기적으로 접속시켜 감속하는, 센서리스 BLDC 모터의 감속장치.
제 1 항에 있어서, 상기 BLDC 모터의 감속은;
상기 제어부의 제어에 따라 상기 스위칭부가 상기 BLDC 모터의 단자를 접지단자에 전기적으로 접속시켜 감속하는, 센서리스 BLDC 모터의 감속장치.
제 1 항에 있어서, 상기 감속영역은;
상기 BLDC 모터의 현재 회전속도를 기준으로 하여, 현재 ZCP가 검출된 시간부터 다음의 ZCP가 검출되는 시간 이전의 영역으로 설정되고,
상기 ZCP 검출영역은;
상기 감속영역의 시간이 경과된 후 다음의 ZCP가 검출될 때까지인, 센서리스 BLDC 모터의 감속장치.
BLDC 모터의 감속명령이 발생될 경우에 속도 제어부가 상기 BLDC 모터의 현재 회전속도를 기준으로 감속영역의 감속시간을 계산하는 단계;
상기 속도 제어부가 상기 BLDC 모터에서 발생되는 역기전력의 제 1 ZCP을 검출하는 시점부터 상기 감속시간 동안 상기 BLDC 모터를 감속하게 제어하는 단계;
상기 감속시간이 경과될 경우에 상기 속도 제어부가 제 2 ZCP를 검출하는 단계; 및
상기 속도 제어부가 제 1 ZCP을 검출하는 시점부터 상기 제 2 ZCP를 검출하는 시점을 이용하여 상기 BLDC 모터의 현재 회전속도를 검출하는 단계;를 포함하는 센서리스 BLDC 모터의 감속방법.
제 5 항에 있어서, 상기 BLDC 모터를 감속하게 제어하는 단계는;
상기 속도 제어부의 제어에 따라 스위칭부가 상기 BLDC 모터의 3단자를 전원단자에 전기적으로 접속시켜 감속하는 단계;를 포함하는 센서리스 BLDC 모터의 감속방법.
제 5 항에 있어서, 상기 BLDC 모터를 감속하게 제어하는 단계는;
상기 속도 제어부의 제어에 따라 스위칭부가 상기 BLDC 모터의 3단자를 접지단자에 전기적으로 접속시켜 감속하는 단계;를 포함하는 센서리스 BLDC 모터의 감속방법.
제 5 항에 있어서, 상기 감속영역은;
상기 제 1 ZCP 및 상기 제 2 ZCP가 검출되는 시간영역 이내로 설정되는, 센서리스 BLDC 모터의 감속방법.