KR101282010B1 - 센서리스 모터의 초기 기동 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 센서리스 모터의 초기 기동 방법에 관한 것으로, (a) 정상 회전 속도로 작동되는 목표 토크보다 낮게 회전자를 기동시키는 초기 기동 토크를 설정하는 단계와; (b) 상기 초기 기동 토크에 의해서 발생되는 역기전력의 발생시간까지의 역기전력 대기시간을 설정하는 단계와; (c) 상기 회전자가 정회전 가능한 1 싸이클 여자 신호를 순차적으로 출력하는 단계와; (d) 상기 (c) 단계의 순차적 각 여자 신호에 대하여 실제로 발생하는 역기전력 발생시간을 검출하는 단계와; (e) 상기 (d)단계에서 검출된 검출 역기전력 발생시간과 상기 (b)단계에서의 설정 역기전력 대기시간을 비교하는 단계와; (f) 상기 (e)단계의 역기전력 비교 결과에 기초하여 상기 (c)단계의 다음 단계에서 출력되는 여자 신호에 대한 설정 역기전력 대기시간을 상이하게 설정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이에, 초기 위치를 고정하는 수순없이 정방향 회전을 유도할 수 있으며, 빠른 기동을 할 수 있어 기동에 따른 전력 소모를 절감할 수 있고, 제어가 간단하고 편리한 센서리스 타입 모터의 초기 기동 방법을 제공할 수 있다.

Description

센서리스 모터의 초기 기동 방법 {Motor Starting Method of Senseless type Motor}
본 발명은 센서리스 타입 모터의 초기 기동 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 정방향의 회전을 유도할 수 있는 구조를 개선한 센서리스 타입 모터의 초기 기동 방법에 관한 것이다.
모터는 전기적 에너지를 기계적 에너지로 변환하는 장치로 우리의 생활과 아주 밀접한 관련이 있다. 이러한 모터는 구분하는 방법에 따라 다양하게 구분되며, 그 중에서 브러시가 없고 센서가 없는 타입이 있다. 이러한 모터의 경우 모터의 위상을 감지하는 홀 소자가 없으며 다양한 분야에 적용되나 본 발명에서는 일예로 자동차의 조향 펌프를 구동하기 위한 모터를 예로 들어 설명한다.
이러한 모터를 구동하기 위하여 초기에 고정자의 코일에 전류를 가하여 전기장 또는 자기장을 형성시켜 이와 반대되는 자기장을 가지고 일정한 무게를 가지며 정지하고 있는 회전자를 자기적 반발력을 이용하여 회전시킬 수 있다. 이러한 자기적 반발력을 이용하기 위하여는 회전자의 위치를 감지할 필요가 있으나 센서가 없는 모터의 경우 회전자가 기동을 위한 초기 위치를 찾기 위한 방안을 마련하여야 한다.
종래 기술에 있어서, 이러한 모터의 초기 기동을 하기 위하여 모터를 좌우로 약간 흔들어(회전시켜) 데드 포인트(회전자의 위치가 (N S)가 정상이라면 (S N)이 될 가능성)를 없앤 후 임의의 위치에 있는 회전자를 초기 위치로 일치시키기 위하여 스위칭 신호를 브러시 모터에 가하는 시간이 수백 msec 정도로 소요되므로 그 만큼 지연 시간이 일어남에 따라 시간 손실이 생기고 시간이 길어짐에 따라 전력의 손실이 커지는 문제점이 있다. 이러한 종래기술이 등록실용신안공보 실1995-028837호(1995.10.20)에 개시되어 있다.
본 발명의 목적은, 초기 위치를 고정하는 수순없이 정방향 회전을 유도할 수 있는 센서리스 타입 모터의 초기 기동 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은, 빠른 기동을 할 수 있어 기동에 따른 전력 소모를 절감할 수 있는 센서리스 타입 모터의 초기 기동 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 제어가 간단하고 편리한 센서리스 타입 모터의 초기 기동 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은, 센서리스 모터의 초기 기동 방법에 있어서, (a) 정상 회전 속도로 작동되는 목표 토크보다 낮게 회전자를 기동시키는 초기 기동 토크를 설정하는 단계와; (b) 상기 초기 기동 토크에 의해서 발생되는 역기전력의 발생시간까지의 역기전력 대기시간을 설정하는 단계와; (c) 상기 회전자가 정회전 가능한 1 싸이클 여자 신호를 순차적으로 출력하는 단계와; (d) 상기 (c) 단계의 순차적 각 여자 신호에 대하여 실제로 발생하는 역기전력 발생시간을 검출하는 단계와; (e) 상기 (d)단계에서 검출된 검출 역기전력 발생시간과 상기 (b)단계에서의 설정 역기전력 대기시간을 비교하는 단계와; (f) 상기 (e)단계의 역기전력 비교 결과에 기초하여 상기 (c)단계의 다음 단계에서 출력되는 여자 신호에 대한 설정 역기전력 대기시간을 상이하게 설정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서리스 모터의 초기 기동 방법에 의하여 달성된다.
또한, (f-1) 상기 (f) 단계에서 상기 검출 역기전력 발생시간이 상기 설정 역기전력 대기시간과 같거나 작은 경우에는 상기 (a) 단계의 기동 토크를 증가시키고 증가된 기동 토크의 인가에 의해 역기전력이 발생되는 시간까지의 대기시간을 상기 검출 역기전력 발생시간으로 대체하는 단계;를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, (f-2) 상기 (f) 단계에서 상기 검출 역기전력 발생시간이 상기 설정 역기전력 대기시간보다 큰 경우에는 역기전력이 발생되는 시간까지의 대기시간을 상기 검출 역기전력 발생시간의 배수로 증가시키는 단계;를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 (f-1)단계 및 상기 (f-2)단계 이후에는 상기 (c)단계로 진행하되 다음의 여자 신호를 출력하는 단계;를 더 포함하고, 상기 (d)단계, (e)단계와 (f-1)단계 또는 (f-2)단계를 순차적으로 반복하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 (f-1)단계를 만족하는 것이 상기 (c)단계의 여자 신호의 출력을 연속적으로 1 싸이클 동안인 경우에는 모터 기동이 동기화되었다고 판단하는 단계;를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 (c)단계에서 여자 신호를 3상 PWM신호를 출력하는 경우 1 싸이클의 여자 신호는 6회인 것이 바람직하다.
또한, 상기 여자 신호의 순서는 상기 모터의 회전자가 한 방향으로 정회전할 수 있도록 출력하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 여자 신호의 순서는 Switching1(SW1과 SW5 통전) → Switching3 (SW3과 SW6 통전) → Switching2 (SW2와 SW6 통전) → Switching6 (SW2와 SW1 통전) → Switching4 (SW3과 SW4 통전) → Switching5 (SW3과 SW5 통전)를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 초기 위치를 고정하는 수순없이 정방향 회전을 유도할 수 있으며, 빠른 기동을 할 수 있어 기동에 따른 전력 소모를 절감할 수 있고, 제어가 간단하고 편리한 센서리스 타입 모터의 초기 기동 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 일실시예가 적용된 조향 펌프와 결합된 모터의 구동 회로도,
도 2는 모터의 역기전력을 나타낸 도면,
도 3는 본 발명의 일실시예에 따른 흐름도이다.
이하에서 본 발명인 센서리스 타입 모터의 초기 기동 방법의 일실시예를 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 일실시예가 적용된 조향 펌프와 결합된 모터의 구동 회로도이고, 도 2는 모터의 역기전력을 나타낸 도면이며, 도 3는 본 발명의 일실시예에 따른 흐름도이다.
본 발명에 따른 모터(100)는 다양한 분야에 적용될 수 있으나 설명의 편의를 위하여 자동차용 조향 휠의 회전력을 보조하는 유압력을 발생시키는 조향 펌프(10)를 구동시키는 것으로 이하에서 설명하나 본 모터(100)는 본 실시예에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 센서리스 타입 모터의 초기 기동 방법은 모터(100)의 기동시 역회전을 억제하면서 정회전의 한 방향으로만 회전시킬 수 있는 방법을 제안한 것이다. 이하에서 편의상 모터(100)의 정회전은 모터(100)와 결합된 조향 펌프(10)에서 작동 유체가 흡입부에서 토출부로 이동하면서 저압의 유체가 고압의 유체로 가압되는 방향을 말한다. 정회전의 반대 방향은 역방향이라고 하고 본 발명은 본 모터(100)가 역회전을 억제하면서 정회전으로 항상 기동할 수 있도록 모터를 제어하는 방법을 제안한다.
먼저, 도 1에 도시된 바와 같이 모터(100)를 구동하기 위한 여자 신호인 예를 들면 PWM신호를 여자 신호 발생부(113)에서 발생시키면, 스위칭 소자(SW1 내지 SW6)의 조합된 Switching 신호가 인가되어 모터(100) 내부로 전류(이하에서 토크와 동일한 의미로 사용됨)가 인가된다. 이러한 여자 신호의 발생 순서는 모터(100)가 정방향의 회전으로 유도되도록 제어부(110)에서 인가된다.
일예로 Switching1(SW1과 SW5 통전) → Switching3 (SW3과 SW6 통전) → Switching2 (SW2와 SW6 통전) → Switching6 (SW2와 SW1 통전) → Switching4 (SW3과 SW4 통전) → Switching5 (SW3과 SW5 통전)의 순서로 여자 신호를 순차적으로 인가하고 이러한 여자 신호는 순차적으로 이루어지고 어느 신호에서 동일한 신호가 다시 올 때까지를 1 싸이클 여자 신호라고 하면 1 싸이클 신호는 6개의 스위칭 신호를 포함한다.
토크가 인가되면 인가된 전류에 의하여 역기전력이 도 2에서와 같이 발생된다. 이러한 역기전력의 발생시간을 역기전력 검출부(119a)에서 검출할 수 있다. 즉, 토크가 인가되는 시간과 토크가 인가된 시간부터 인가된 토크에 의해 발생되는 역기전력이 검출되는 시간의 차이(도 2의 "△T" 참조)를 역기전력 검출부(119a)에서 검출한다.
제어부(110)에서는 인가되는 토크의 크기에 따라 회전자의 크기 등을 고려하여 인가되는 토크의 크기에 따라 역기전력의 발생이 예상되는 대기시간이 역기전력 대기시간 설정부(117)에서 설정된다.
이에, 역기전력 비교부(119)에서 설정된 역기전력 대기시간(Tset)과 검출된 역기전력 발생시간(Tgen(n))의 크기를 상호 비교할 수 있다.
이러한 각종 제어는 제어부(110)에서 이루어질 수 있다. 그리고, 이하에서 스위칭 소자에 상 여자 신호를 발생시키는 여자신호 발생부(113), 초기에 모터(100)에 인가되는 토크 내지 전류를 설정하는 가동전류 설정부(115), 역기전력 대기시간 설정부(117), 역기전력 검출부(119a) 및 역기전력 비교부(119)의 기능에 대하여는 본 발명의 핵심이 아니므로 그 설명을 생략한다.
이러한 제어부(110)를 갖는 모터(100)의 기동 제어 방법을 도 1 내지 도 3을 참조하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 제어부(110)에서 모터(100)의 초기 토크값(Is)을 설정한다(S210). 토크값(Is)은 회전자의 크기, 무게 등을 고려하여 설정하며 예를 들어 정상 회전수 시의 토크값의 약 10~20% 정도로 설정할 수 있다.
다음, 상기 초기 토크값(Is)을 인가하는 경우에 기초하여 역기전력 대기시간 설정부(117)에서 모터(100)의 회전자 등의 특성을 고려하여 초기 역기전력의 발생이 예상되는 역기전력 대기시간(Tset)을 설정한다(S220).
그런 다음, 여자신호 발생부(113)에서 모터(100)가 정회전되도록 순차적으로 정해진 여자 신호 순서 중 최초의 상 여자 신호(Sn)를 출력한다(S230). 이에, 상 여자 신호(Sn)는 스위칭 소자들 중 하나 이상을 거쳐 모터(100)로 인가된다.
인가된 여자 신호(Sn)에 의하여 발생되는 역기전력의 발생시간을 검출한다(S240). 전술한 바와 같이 여자 신호(Sn)의 인가 시간과 역기전력이 발생되는 시간의 차이가 검출된 역기전력 발생시간(Tgen(n))으로 고려된다.
다음, 역기전력 비교부(119)에서 설정된 역기전력 대기시간(Tset)과 검출된 역기전력 발생시간(Tgen(n))과의 크기를 비교하며(S250), 비교하는 방법은 다음의 두 가지로 구분된다.
첫째, 검출된 역기전력 발생시간(Tgen(n))이 설정된 역기전력 대기시간(Tset)과 동일하거나 작은 경우에는 다음 <식 1>로 나타낼 수 있다.
역기전력 발생시간(Tgen(n)) ≤ 역기전력 대기시간(Tset) -- <식 1>
둘째, 검출된 역기전력 발생시간(Tgen(n))이 설정된 역기전력 대기시간(Tset)보다 큰 경우에는 다음 <식 2>로 나타낼 수 있다.
역기전력 발생시간(Tgen(n)) ＞ 역기전력 대기시간(Tset) -- <식 2>
상기의 단계 S250의 결과에 따라 <식 1>을 만족하는 경우에는 연속된 1 싸이클 동안 <식 1>을 만족하는지를 확인한다(S260). 이 단계(S260)에서는 <식 1>을 만족하는 것이 연속적으로 이루어졌는지를 판단하는 것이다.
이 단계(S260)에서 만족을 하면 모터(100)의 기동을 위한 동기화가 완료되었다고 판단(S295)하고 본 제어 방법에 의한 모터(100)의 초기 기동을 종료하고 제어부(110)에서 제어하는 방법에 따라 모터(100)가 작동되어 조향 펌프(10)를 작동시킬 수 있다. 즉, 전술한 여자 신호(Sn) 순서에 따라 순차적으로, 예를 들면, Switching1 → Switching3 → Switching2 → Switching6 → Switching4 → Switching5 또는 Switching2 → Switching6 → Switching4 → Switching5 → Switching1 → Switching3의 각 여자 신호(Sn) 모두가 <식 1>을 만족하는 경우가 이에 해당한다.
그러나, 전술한 단계(S260)를 만족하지 못하면 초기에 설정한 토크값(Is)를 증가시킨다(S270). 즉 이 단계(S270)에서는 새롭게 "설정한 토크값(Is)"은 "초기 토크값(Is) + α"로 된다. 우선 인가된 여자 신호(Sn)에 반응하여 정방향인 것으로 판단하여 토크값(Is)을 증가시킨다.
그리고, 동시에 역기전력 대기시간(Tset)을 새롭게 설정하여 "새롭게 설정한 역기전력 대기시간(Tset)"은 전 단계(S240)에서 검출된 "역기전력 발생시간(Tgen(n))"으로 재설정한다. 즉, 정방향이라고 판단되면 역기전력 발생시간을 점점 줄여나간다.
그리고, 다음 상 여자 신호(Sn)를 설정(S290)하고, 다음 상 여자 신호(Sn)를 출력하고(S230), 다음 상 여자 신호(Sn)에 의해 발생되는 역기전력 발생시간(Tgen(n))을 검출(S240)하고, 역기전력 대기시간(Tset)과 역기전력 발생시간(Tgen(n))을 비교하는(S250) 단계를 반복한 후 연속된 1 싸이클 여자 신호(Sn) 동안 <식 1>을 만족하는지를 확인(S260)하는 과정을 반복한다.
다음, 전술한 역기전력 비교 단계(S250)에서 <식 2>를 만족하는 경우는 주어진 상 여자 신호(Sn)에 대한 반응을 정상적으로 하지 않으므로 설정된 초기 토크값(Is)이 잘못되거나 데드 포인트에 위치하거나 회전 방향이 반대로 될 우려가 있는 경우 등을 고려해 볼 수 있다. 따라서, 이 경우에는 새로운 역기전력 대기시간(Tset)을 설정(S253)하며 "새롭게 설정된 역기전력 대기시간(Tset)"은 "역기전력 대기시간(Tset)보다 y(여기서 y는 1보다 크다)배 증가한 시간"이다. 즉, 이를 식으로 나타내면, Tset = y*Tgen(n) 이 된다.
그런 후, 다음 상 여자 신호(Sn)로 변화되어(S255) 바뀐 상 여자 신호(Sn)를 출력하는 단계(S230)로 진행한다.
그 이후는 전술한 마찬가지로 역기전력 발생시간(Tgen(n)) 검출 단계(S240), 역기전력 비교 단계(S250)를 거치고 역기전력 비교 단계(S250)의 결과에 따라 그 다음 단계를 진행한다.
전술한 바와 같이 전체적으로 인가되는 토크값(Is)을 점점 증가시킴과 동시에 역기전력 대기시간(Tset)도 감소시키면서 모터(100)의 상 여자 신호(Sn)를 한 방향인 정방향으로 순차적으로 인가하여 역방향의 회전을 억제할 수 있다.
이에, 본 발명에 따르면 모터(100)가 정지하였다가 기동하는 초기에 모터(100)를 초기위치에 위치시키지 않고도 원하는 방향인 한 방향으로 회전을 유도하면서 반면에 반대 방향의 회전을 억제할 수 있다는 장점이 있다. 즉, 초기 위치를 고정하는 수순없이 정방향 회전을 유도할 수 있으며, 빠른 기동을 할 수 있어 기동에 따른 전력 소모를 절감할 수 있고, 제어가 간단하고 편리한 센서리스 타입 모터의 초기 기동 방법을 제공할 수 있다.
여기서, 본 발명의 여러 실시예를 도시하여 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 원칙이나 정신에서 벗어나지 않으면서 본 실시예를 변형할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 발명의 범위는 첨부된 청구항과 그 균등물에 의해 정해질 것이다.
10 : 조향 펌프 100 : 모터
110 : 제어부 113 : 여자 신호 발생부
115 : 기동 토크 설정부 117 : 역기전력 대기시간 설정부
119 : 역기전력 비교부 119a : 역기전력 검출부

Claims (8)

  1. 센서리스 모터의 초기 기동 방법에 있어서,
    (a) 정상 회전 속도로 작동되는 목표 토크보다 낮게 회전자를 기동시키는 초기 기동 토크를 설정하는 단계와;
    (b) 상기 초기 기동 토크에 의해서 발생되는 역기전력의 발생시간까지의 역기전력 대기시간을 설정하는 단계와;
    (c) 상기 회전자가 정회전 가능한 1 싸이클 여자 신호를 순차적으로 출력하는 단계와;
    (d) 상기 (c) 단계의 순차적 각 여자 신호에 대하여 실제로 발생하는 역기전력 발생시간을 검출하는 단계와;
    (e) 상기 (d)단계에서 검출된 검출 역기전력 발생시간과 상기 (b)단계에서의 설정 역기전력 대기시간을 비교하는 단계와;
    (f) 상기 (e)단계의 역기전력 비교 결과에 기초하여 상기 (c)단계의 다음 단계에서 출력되는 여자 신호에 대한 설정 역기전력 대기시간을 상이하게 설정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서리스 모터의 초기 기동 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    (f-1) 상기 (f) 단계에서 상기 검출 역기전력 발생시간이 상기 설정 역기전력 대기시간과 같거나 작은 경우에는 상기 (a) 단계의 기동 토크를 증가시키고 증가된 기동 토크의 인가에 의해 역기전력이 발생되는 시간까지의 대기시간을 상기 검출 역기전력 발생시간으로 대체하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서리스 모터의 초기 기동 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    (f-2) 상기 (f) 단계에서 상기 검출 역기전력 발생시간이 상기 설정 역기전력 대기시간보다 큰 경우에는 역기전력이 발생되는 시간까지의 대기시간을 상기 검출 역기전력 발생시간의 배수로 증가시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서리스 모터의 초기 기동 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 (f-1)단계 및 상기 (f-2)단계 이후에는 상기 (c)단계로 진행하되 다음의 여자 신호를 출력하는 단계;를 더 포함하고,
    상기 (d)단계, (e)단계와 (f-1)단계 또는 (f-2)단계를 순차적으로 반복하는 것을 특징으로 하는 센서리스 모터의 초기 기동 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 (f-1)단계를 만족하는 것이 상기 (c)단계의 여자 신호의 출력을 연속적으로 1 싸이클 동안인 경우에는 모터 기동이 동기화되었다고 판단하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서리스 모터의 초기 기동 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 (c)단계에서 여자 신호를 3상 PWM신호를 출력하는 경우 1 싸이클의 여자 신호는 6회인 것을 특징으로 하는 센서리스 모터의 초기 기동 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 여자 신호의 순서는 상기 모터의 회전자가 한 방향으로 정회전할 수 있도록 출력하는 것을 특징으로 하는 센서리스 모터의 초기 기동 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 여자 신호의 순서는 Switching1(SW1과 SW5 통전) → Switching3 (SW3과 SW6 통전) → Switching2 (SW2와 SW6 통전) → Switching6 (SW2와 SW1 통전) → Switching4 (SW3과 SW4 통전) → Switching5 (SW3과 SW5 통전)를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서리스 모터의 초기 기동 방법.
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