KR101283963B1 - 역기전압을 이용한 ｂｌｄｃ 전동기의 홀 센서 위치 보정 방법 및 이를 지원하는 ｂｌｄｃ 전동기 - Google Patents

역기전압을 이용한 ｂｌｄｃ 전동기의 홀 센서 위치 보정 방법 및 이를 지원하는 ｂｌｄｃ 전동기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 BLDC 전동기의 홀 센서에 관한 것으로, 이러한 본 발명은 모터의 최초 구동 여부를 확인하는 확인 단계, 상기 모터의 최초 구동인 경우 상기 모터의 역기전압 정보를 수집하는 단계, 상기 수집된 역기전압 정보와 홀센서가 전달하는 센서 신호 비교를 통하여 오차 값을 산출하는 단계, 상기 오차 값에 대한 홀 센서들의 위치 보정 값을 생성하는 단계, 상기 위치 보정 값을 기반으로 상기 모터 구동을 제어하는 제어 단계를 포함하는 역기전압을 이용한 BLDC 전동기의 홀 센서 위치 보정 방법 및 이를 지원하는 BLDC 전동기의 구성을 개시한다.

Description

역기전압을 이용한 ＢＬＤＣ 전동기의 홀 센서 위치 보정 방법 및 이를 지원하는 ＢＬＤＣ 전동기{Compensation Method For Position of Hall Sensor of BLDC Motor used by counter electro-motive force And BLDC Motor thereof}
본 발명은 BLDC 전동기에 관한 것으로, 특히 역기전압을 이용한 홀 센서의 위치 보정을 지원하는 BLDC 전동기의 홀 센서 위치 보정 방법 및 이를 지원하는 BLDC 전동기에 대한 것이다.
일반적으로 전동기의 구조는 고정자와 회전자의 구조로 이루어져 있다. 소형의 경우 고정자는 주로 영구자석을 사용하고, 회전자에는 코일을 감아 여기에 전류를 흘려 전자석이 되게 해서 고정자와 회전자 간의 상호작용으로 회전하도록 되어 있다. 이때 회전자가 돌아가는 상태에서도 계속 급전할 수 있도록 해주는 구조로 되어 있는 것이 브러시(brush) 부분이다.
그러나 최근 반도체의 발달로 회전자에는 영구자석을 사용하고 고정자에는 코일을 감아 여기에 전원을 공급하여 고정자들을 순차적으로 자화시킴으로써 마치 고정자가 돌아가는 것처럼 하면 여기에 자기적으로 대응하는 회전자도 함께 돌아가게 된다. 이러한 전동기를 브러시리스 전동기(brushless DC motor, BLDC motor)라 한다.
상기 BLDC 전동기는 회전자가 영구자석으로 되어 외부전원에 의하지 않고 자속이 발생하므로 전력소모를 최소화하고 전체 시스템의 효율 향상을 기대할 수 있다. 또한 종래 BLDC 전동기는 내고압 절연물의 개발 및 페라이트 자석의 성능 향상과 고성능 희토류 자석의 개발에 따라 출력이 증대되어 고토크와 소형화를 이루게 되었으며, 구조적인 면에서도 고정자에게만 전원이 공급되기 때문에 케이스를 통한 방열로 다른 전동기에 비해 우수한 냉각 특성을 가지고 있다.
종래 BLDC 전동기의 회전자는 철심과 다수의 영구자석으로 이루어져 있다. 상기 철심은 다수의 전기강판을 적층하는 것에 의해 형성되며, 중앙에는 축공이 형성되어 있고, 상기 축공에는 회전자축이 삽입 고정된다.
한편 상기 회전자의 누설 자속을 센싱하기 위하여 홀 센서가 마련된다. 상기 홀 센서는 홀효과(Hall effect)라고 하는 전류자기효과를 응용한 것이다. 구체적으로, 홀효과를 간단히 설명하면, InSb(인듐 안티몬)이나 GaAs(갈륨 비소) 등의 화합물 반도체에 전류를 흐르게 하고 자기장을 직각으로 가하면 그 양단에 기전력(홀전압)이 발생한다. 상기한 현상을 이용하여 상기 홀전압을 측정하면, 가해지는 자기장이 N극인지 S극인지 판별할 수 있다. 홀 센서는 상기와 같은 원리를 이용하여 회전자에 구비되어 있는 영구자석의 극의 변화를 감지하여 상기 회전자의 위치 또는 속도를 알 수 있게 하는 센서이다.
이러한 홀 센서는 일반적으로 도 1에 도시한 바와 같이 120도의 물리적 간격을 두고 3개가 위치하나, 기구적인 오차와 조립상의 오차 등으로 실제적으로 정확히 120도 간격을 두기는 어렵다. 즉 기구적인 오차나 조립상의 오차 등으로 인하여 홀 센서의 배치는 도 2에 도시된 바와 같이 배치될 수 있다. 도 2와 같이 홀 센서가 잘못 배치된 경우 도 3에 도시된 바와 같이 실제 홀 센서들이 정상적으로 배치되는 상태에 비하여 상당한 오류를 가지는 위치 정보를 홀 센서들이 전달하게 된다. 이러한 잘못된 위치정보로 인하여 인버터의 전류 및 토크 리플이 증가하고 이에 따라 진동 및 소음도 커질 수 있다. 또한 더욱 심한 경우 전동기의 구동이 불가능하게 될 수 있다. BLDC 전동기의 경우 제어 방식이 다양하지만 위와 같이 잘못 배치된 홀 센서를 사용하는 경우 홀 센서의 오차는 무시할 수 없게 되며, 결과적으로 불필요한 에너지 소모나 시스템 불안정 및 모터의 성능에 치명적인 에러를 발생시킬 수 있다.
일본공개특허공보 특개2002-165480호(2002.06.07.)
따라서 본 발명의 목적은 역기전압을 이용하여 센서가 실제 장착된 위치를 정확히 인지하고 그에 따른 홀 센서 위치 보정을 수행함으로써 BLDC 전동기 제어의 정확성을 높일 수 있는 역기전압을 이용한 BLDC 전동기의 홀 센서 위치 보정 방법 및 이를 지원하는 BLDC 전동기를 제공함에 있다.
또한, 본 발명은 BLDC 전동기 제어의 정확성 개선을 통하여 전류리플 및 토크리플을 저감하고 인버터의 오동작을 예방할 수 있도록 지원하는 역기전압을 이용한 BLDC 전동기의 홀 센서 위치 보정 방법 및 이를 지원하는 BLDC 전동기를 제공함에 있다.
이를 위하여 본 발명은 고정자와 회전자를 포함하는 모터, 상기 모터의 회전자 위치를 검출하는 복수개의 홀 센서, 상기 모터의 역기전압 정보와 상기 홀센서가 전달하는 센서 신호 비교를 통하여 오차 값에 대한 홀 센서들의 위치 보정 값을 생성한 후 이를 기반으로 상기 모터 구동 제어를 수행하는 모터 제어부, 상기 모터 제어부 제어에 따라 상기 모터 구동에 필요한 전원을 공급하는 인버터, 상기 인버터에 공급되는 PWM 구동 신호를 생성하는 PWM 구동부를 포함하는 역기전압을 이용한 홀 센서 위치 보정을 지원하는 BLDC 전동기의 구성을 개시한다.
상기 BLDC 전동기는 상기 위치 보정 값을 저장하는 메모리 더 포함할 수 있다.
한편 ,상기 모터 제어부는 상기 모터 구동에 따른 역기전압의 zero crossing 지점을 검출하는 역기전압 정보 수집부, 상기 홀 센서들이 검출한 센서 신호를 수집하는 홀 센서 정보 수집부, 상기 역기전압의 zero crossing 지점과 상기 센서 신호의 일치 여부에 따라 홀 센서들의 오차 값을 산출하고 이를 기반으로 상기 홀 센서들의 위치 보상 값을 생성하는 비교 보정부를 포함할 수 있다.
여기서 상기 역기전압 정보 수집부는 상기 모터가 사전 정의된 홀 센서 위치 보정 구간에 해당하는 저속의 정속 속도로 동작하도록 상기 PWM 구동부의 PWM 구동 제어를 수행할 수 있다.
또한, 상기 역기전압 정보 수집부는 상기 메모리에 저장된 위치 보정 값을 기반으로 목표로 하는 최고 속도로 모터의 운전 제어를 수행할 수 있다.
본 발명은 또한, 모터의 최초 구동 여부를 확인하는 확인 단계, 상기 모터의 최초 구동인 경우 상기 모터의 역기전압 정보를 수집하는 단계, 상기 수집된 역기전압 정보와 홀센서가 전달하는 센서 신호 비교를 통하여 오차 값을 산출하는 단계, 상기 오차 값에 대한 홀 센서들의 위치 보정 값을 생성하는 단계, 상기 위치 보정 값을 기반으로 상기 모터 구동을 제어하는 제어 단계를 포함하는 역기전압을 이용한 BLDC 전동기의 홀 센서 위치 보정 방법의 구성을 개시한다.
상기 방법은 상기 위치 보정 값을 메모리 저장하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 확인 단계는 상기 메모리의 사전 정의된 영역에 상기 위치 보정 값이 저장되어 있는지 여부를 확인하는 단계가 될 수 있다.
그리고 상기 오차 값을 산출하는 단계는 상기 역기전압의 zero crossing 지점과 상기 홀 센서들이 전달한 센서 신호 전달 시점 또는 센서 신호의 특정 지점과의 일치 여부를 확인하는 단계, 상기 일치 지점으로부터 이격된 만큼을 오차 값으로 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
또한 상기 방법은 상기 역기전압 정보를 수집하는 단계 이전에 상기 모터를 사전 정의된 저속의 정속 속도로 운전하는 단계를 더 포함할 수 있다.
그리고 상기 제어 단계는 상기 모터를 상기 위치 보정 값을 기반으로 목표로 하는 최고 속도로 운전하는 단계가 될 수 있다.
본 발명의 역기전압을 이용한 BLDC 전동기의 홀 센서 위치 보정 방법 및 이를 지원하는 BLDC 전동기에 따르면, 본 발명은 보정된 위치정보로 전류리플 및 토크리플을 저감할 수 있고, 토크리플의 저감으로 인한 진동 소음을 저감할 수 있다.
또한 본 발명은 높아진 전동기 제어의 정확성으로 제어의 오동작을 줄이고 전동기의 효율을 최적화할 수 있다.
도 1은 종래 BLDC 전동기의 정상적인 홀 센서 배치를 개략적으로 나타낸 도면.
도 2는 종래 BLDC 전동기의 비정상적인 홀 센서 배치를 개략적으로 나타낸 도면.
도 3은 도 1 및 도 2의 홀 센서 배치에 따른 오차를 설명하기 위한 도면.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 BLDC 전동기의 구성을 개략적으로 나타낸 도면.
도 5는 도 4의 제어부 구성을 보다 상세히 나타낸 도면.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 BLDC 전동기의 홀 센서 위치 보정 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.
이하에서는, 역기전압을 이용한 홀 센서 위치 보정을 수행하는 BLDC 전동기의 홀 센서 위치 보정 방법 및 이를 지원하는 BLDC 전동기에 대하여 설명하기로 한다. 이하 설명에서는 홀 센서가 3개가 배치되는 구조를 예시적으로 설명하지만 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 즉 본 발명의 BLDC 전동기의 홀 센서 위치 보정 방법 및 이를 지원하는 BLDC 전동기은 홀 센서가 복수개가 마련되는 구조에서 적용될 수 있는 구조로서 2개 이상의 홀 센서가 일정 각도별로 구분되어 배치되는 구조라면 어떠한 구조에도 적용 가능할 것이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 홀 센서 위치 보정을 지원하는 BLDC 전동기(100)의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 홀 센서 위치 보정을 지원하는 BLDC 전동기(100)는 인버터(150), 모터(110), 홀 센서(120), 모터 제어부(130), PWM 구동부(140)를 포함하여 구성될 수 있다.
이와 같은 구성을 가지는 본 발명의 BLDC 전동기의 홀 센서 위치 보정을 지원하는 BLDC 전동기(100)는 모터(110)에 배치된 홀 센서(120)들로부터 전달되는 센서 신호와 모터(110)에서 전달된 역기전압을 비교하여 홀 센서(120)들의 정위치 배치에 대한 판단을 수행한다. 그리고 본 발명의 BLDC 전동기(100)는 역기전압의 zero crossing point와 홀 센서(120)들의 센서 신호 사이에 차이가 발생하는 경우 홀 센서(120)들의 위치 에러를 결정하고 홀 센서(120)들의 위치 보정 값을 산출하여 이를 적용하도록 제어할 수 있다. 이때 BLDC 전동기(100)는 홀센서 보정 속도 구간을 정의하고 이를 이용하여 홀 센서(120)들의 위치 보정 값 산출을 수행하도록 지원할 수 있다.
상기 모터(110)는 고정자와 회전자를 포함하여 구성될 수 있다. 도시된 도면에서는 이러한 상세한 구성을 생략하고 예시적으로 3상 전류를 이용하는 모터(110) 형태를 제시한 것이다. 상기 모터(110)의 외주부를 구성하며 중앙이 빈 원통 형상의 고정자는 복수 개의 코일이 감긴 티스가 원주 상에 배열된 형태로 되어 있으며, 보통 u,v,w의 3상으로 구성된 코일을 사용한다. 3상 모터는 단상 모터에 비하여 별도의 시동코일이 필요 없으며, 보다 안정적인 구동을 제공할 수 있다. 상기 3상으로 구성된 코일에 의하여 회전자기장이 발생된다. 또한, 상기 코일의 양단은 절연체로 덮어진다. 그러나 본 발명이 상기 고정자의 상의 개수에 한정되는 것은 아니며, 다양한 개수의 상이 적용된 고정자를 포함하는 모터(110)에도 홀 센서(120) 위치 보정 기술이 적용될 수 있다.
상기 모터(110)의 회전자는 상기 고정자의 안쪽에 구비되는 이너회전자 타입과 상기 고정자의 외부에 구비되는 아우터회전자 타입 등이 있다. 이러한 상기 회전자는 상기 고정자의 코일에 대향하는 면에 영구자석이 구비되어 고정자에서 발생되는 자기장에 의하여 힘을 받아 회전하게 된다. 이때 상기 회전자는 고정자에 의한 자기장에 의하여 누설 자속을 발생시키게 된다. 그리고 상기 회전자는 고정자를 회전하면서 역기전압을 발생시킨다. 실질적으로 고정자에 일정 전류가 제공되며, 회전자가 전류가 공급된 고정자를 회전하면서 역기전압이 발생된다. 이에 따라 회전자가 고정자를 기준으로 일정 속도 이상 회전하는 경우에 적절한 역기전압 검출을 지원할 수 있다. 상기 회전자 회전에 따른 역기전압은 모터 제어부(130)에 전달될 수 있다.
상기 영구자석은 상기 회전자의 일정 영역에 삽입 고정되며 고정자에서 발생되는 자기장에 반응하여 회전자를 회전시키는 구성이다. 이러한 영구자석은 회전자의 다수 영역에 각각 배치되며, 배치되는 영역별로 극의 특성이 다르게 배열될 수 있다. 이 영구자석은 전류가 공급된 고정자 티스의 감겨진 권선에 의한 전자기력에 반발력과 인력에 대응하여 회전자를 회전시키게 되며, 이때 역기전압을 생성시키는 원인이 된다. 즉 회전하는 영구자석에 의하여 역기전압이 발생할 수 있다.
상기 홀 센서(120)는 상기 회전자에 구비되어 있는 영구자석에서 발생되는 자기장의 크기 및 방향을 감지하여 자석의 극변화에 따라 상기 회전자의 위치 또는 속도를 검지할 수 있게 하는 역할을 한다. 따라서 상기 홀 센서(120)는 상기 회전자의 영구자석에서 발생하는 누설 자속을 검출할 수 있는 적절한 위치에 구비되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 홀 센서(120)는 안정성을 높이기 위하여 복수 개가 구비되는 것이 바람직하다. 상기 홀 센서(120)는 매우 민감한 소자이므로 외부환경에 노출되었을 경우 오작동 및 고장의 염려가 크다. 상술한 홀 센서(120)는 원통형의 회전자에 대하여 일정 각도 예를 들면 120도 각도로 상호 이격되어 배치될 수 있다. 홀 센서(120)가 수집한 센서 신호는 모터 제어부(130)에 전달될 수 있다. 이때 홀 센서(120)가 전달하는 센서 신호는 사전 설계된 위치에서의 센서 신호이며, 이에 따라 적절한 위치에 배치되어 있지 않은 경우 잘못된 회전자의 위치 정보를 모터 제어부(130)에 전달할 수 있다.
상기 모터 제어부(130)는 상기 홀 센서(120) 구동에 필요한 전원을 공급하고, 상시 홀 센서(120)의 구동 시점 제어를 위한 신호를 공급한다. 그리고 상기 모터 제어부(130)는 홀 센서(120)가 구동되어 센서 신호를 전달하면, 수신된 센서 신호를 기반으로 회전자의 위치 검출을 수행할 수 있다. 그리고 상기 모터 제어부(130)는 회전자의 위치 정보를 기반으로 PWM 구동부(140)에 일정 제어 신호를 전달할 수 있다. 특히 본 발명의 모터 제어부(130)는 홀 센서(120) 위치 보정을 위하여 도 5에 도시된 바와 같은 구성을 포함할 수 있다. 모터 제어부(130)는 홀 센서(120) 위치 보정된 제어 신호를 PWM 구동부(140)에 전달할 수 있다.
상기 PWM 구동부(140)는 인버터(150) 구동에 필요한 펄스 신호를 모터 제어부(130) 제어에 따라 생성하고, 생성된 신호를 인버터(150)에 전달한다. 이때 PWM 구동부(140)가 전달하는 PWM 구동 신호는 모터 제어부(130)가 전달한 제어 신호에 따라 일정한 시간차를 가지며 인버터(150)에 전달될 수 있다. 특히 PWM 구동부(140)가 전달하는 PWM 구동 신호는 홀 센서(120)의 실제 위치에 따른 정보가 보정된 신호가 될 수 있다.
인버터(150)는 PWM 구동부(140)가 전달하는 PWM 구동 신호에 따라 각각 스위치들을 구동하고, 이에 따라 생성된 전원을 모터(110)에 공급하는 구성이다. PWM 구동부(140)가 실제 홀 센서(120) 위치를 보정한 PWM 구동 신호를 전달하게 됨으로 인버터(150)는 정확한 모터(110) 제어를 위한 전원 공급을 수행할 수 있다. 결과적으로 모터(110)는 정확한 회전자 위치에 따른 전원 공급을 기반으로 토크 리플이 최적화된 구동을 수행하게 된다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 모터 제어부(130) 구성을 보다 상세히 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 모터 제어부(130)는 역기전압 정보 수집부(133), 홀 센서 정보 수집부(135) 및 비교 보정부(137)의 구성을 포함할 수 있다.
역기전압 정보 수집부(133)는 모터(110) 동작에 따른 역기전압 정보를 수집하는 구성이다. 즉 역기전압 정보 수집부(133)는 인버터(150)에 의하여 모터(110)가 동작하는 경우 모터(110)에서 발생하는 역기전압 정보를 검출할 수 있다. 이때 역기전압 정보 수집부(133)는 모터(110)의 역기전압을 적절히 검출할 수 있도록 모터(110)의 속도를 조정할 수 있다. 이를 보다 상세히 설명하면, 본 발명의 BLDC 전동기(100)의 경우 위치센서를 사용하지 않는 센서리스 방식으로 운용될 수 있다. 이 경우 모터 제어부(130)를 구성하는 마이크로프로세서의 특성에 따라 모터 제어부(130)의 구성이 다른 구성들을 더 포함할 수도 있다. 예를 들어 모터 제어부(130)는 저속 마이크로프로세서로 구성되는 경우 역기전압의 정확한 타이밍을 계산하기 위하여 별도의 회로가 추가될 수 있다. 특히 모터 제어부(130)는 아날로그 입력으로 들어오는 역기전압이 zero crossing 되는지 판단하게 되는데 저속마이크로 컨트롤러는 모터가 고속 회전 시 정확하게 타이밍을 계산하지 못하기 때문에 별도 회로가 추가될 수 있다. 한편 모터 제어부(130)가 고속 마이크로프로세서로 구성되는 경우 역기전압을 아날로그 값으로 받아들여 정상적으로 정확하게 타이밍을 계산할 수 있다. 이 경우 별도 회로 추가는 생략될 수 있다. 그러나 모터 제어부(130)가 고속 마이크로프로세서를 채용하는 경우 비용이 올라가는 단점이 있어서 실제 제품 적용은 어려운 실정이다.
이에 따라 본 발명은 모터 제어부(130)가 저속 마이크로프로세서를 이용하는 경우에 있어서 홀 센서(120)의 위치를 보정하기 위해 별도의 회로 구현 없이 역기전압을 받아서 위치를 보정하도록 한다. 이를 위하여 역기전압 정보 수집부(133)는 역기전압을 적절히 검출하여 홀 센서(120)의 물리적 위치 값을 보다 정확하게 보정하기 위해서 최종목표 속도치에 도달하기 이전에 홀 센서(120) 위치 보정을 위한 홀 센서 보정속도 구간을 만들어 위치를 보정하고 최종 속도에 도달할 수 있도록 제어한다.
다시 말하여, 역기전압 정보 수집부(133)는 BLDC 전동기(100) 구동을 위한 제어가 시작되면, 홀 센서(120) 위치 보정 값이 메모리에 기 저장되어 있는지 확인할 수 있다. 여기서 홀 센서(120) 위치 보정 값이 메모리에 기 저장되어 있는 경우 역기전압 정보 수집부(133)는 별도 홀 센서(120) 위치 보정 과정을 수행하지 않고, 기 저장된 홀 센서(120) 위치 보정 값을 적용하여 인버터(150) 구동을 위한 PWM 구동 제어를 수행할 수 있다. 이때 역기전압 정보 수집부(133)는 메모리에 저장된 홀 센서(120)의 위치 보정 값을 기반으로 최종 목표로 하는 모터(110) 속도로 도달하기 위한 운전 제어를 지원할 수 있다.
한편 역기전압 정보 수집부(133)는 홀 센서(120) 위치 보정 값이 메모리에 기 저장되어 있지 않은 경우 즉 BLDC 전동기(100)의 최초 구동인 경우 모터(110)가 기 정의된 정속 속도 즉 홀 센서(120) 위치 보정을 위한 보정 구간을 위해 정의한 정속 속도로 모터(110)가 동작하도록 PWM 구동부(140)를 제어할 수 있다. 이때 기 정의된 정속 속도는 목표로 하는 최고 속도보다 상대적으로 작은 속도 값으로서, 역기전압 특히 zero crossing 지점을 검출할 수 있도록 하기 위한 것이다. 여기서 상기 정속 속도의 크기는 모터 제어부(130)의 하드웨어 특성 즉 연산 속도에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 모터 제어부(130)의 하드웨어 특성이 상대적으로 좋은 경우 즉 연산 속도가 상대적으로 빠른 경우 상기 정속 속도는 상대적으로 빠른 속도 값을 가질 수 있고, 반대로 모터 제어부(130)의 연산 속도가 상대적으로 느린 경우 상기 정속 속도는 상대적으로 느린 속도 값을 가질 수 있다. 다만 모터 제어부(130)가 저속 마이크로프로세서로 구성되는 점과, 보다 면밀하고 정확한 역기전압 검출을 위한 저속의 정속 속도가 필요한 점으로 인하여 해당 BLDC 전동기(100)가 목표로 하는 최고 속도보다는 상대적으로 낮은 일정 정속 속도로 동작하는 것이 바람직하다. 한편 역기전압 정보 수집부(133)는 사전 정의된 정속 속도로 인버터(150)가 구동될 수 있도록 일정 제어 신호를 PWM 구동부(140)에 전달할 수 있고, 이에 따라 모터(110)에서 발생된 역기전압 정보를 비교 보정부(137)에 전달할 수 있다. 역기전압 정보 수집부(133)는 비교 보정부(137)가 홀 센서(120)의 위치 보정 값을 메모리 저장하면, 이를 기반으로 모터(110)가 목표로 하는 최고 속도로 운전될 수 있도록 PWM 구동부(140) 및 인버터(150) 제어를 지원할 수 있다.
상기 홀 센서 정보 수집부(135)는 홀 센서(120)의 센서 신호를 수신한다. 이러한 홀 센서 정보 수집부(135)는 홀 센서(120)의 전원 공급을 지원하며, 홀 센서(120) 동작에 따라 수집된 센서 신호에 대응하는 일정 정보를 비교 보정부(137)에 전달할 수 있다. 이때 홀 센서 정보 수집부(135)가 전달하는 정보는 3개의 홀 센서가 배치된 경우 3개의 홀 센서가 각각 전달하는 센서 신호가 될 수 있다.
비교 보정부(137)는 역기전압 정보 수집부(133)가 전달한 역기전압 정보와, 홀 센서 정보 수집부(135)가 전달한 실제 홀 센서 신호 값을 비교한다. 특히 비교 보정부(137)는 역기전압 정보 중 zero crossing 되는 지점의 위치 정보와 홀 센서(120)들의 센서 신호가 일치하는지를 확인할 수 있다. 이때 비교 보정부(137)는 역기전압이 zero crossing 되는 지점이 홀 센서(120)가 제공하는 센서 신호와 일치하는 경우 홀 센서(120)들이 최초 설계 의도된 위치에 적절히 배치된 것으로 결정할 수 있다. 이 경우 비교 보정부(137)는 별도의 홀 센서(120) 위치 보정 값을 생성하지 않을 수 있다. 그리고 비교 보정부(137)는 메모리에 홀 센서(120) 위치 보정 값 없음에 대응하는 정보를 기입할 수 있다. 그러면 역기전압 정보 수집부(133)는 메모리 참조 과정에서 홀 센서(120) 위치 보정 값 없음을 지시하는 정보가 기입되어 있으면 별도 위치 보정 값 적용 없이 PWM 구동부(140) 및 인버터(150) 제어를 수행할 수 있다.
한편 비교 보정부(137)는 역기전압의 zero crossing 지점과 홀 센서(120)가 제공하는 센서 신호가 일치하지 않는 경우 홀 센서(120)들이 최초 설계 의도된 위치에 배치되지 않은 것으로 판단할 수 있다. 그러면 비교 보정부(137)는 역기전압의 zero crossing 지점과 홀 센서(120)들의 센서 신호 간의 시간차를 기반으로 홀 센서(120)들의 위치 보정 값을 생성할 수 있다. 예를 들어 zero crossing 지점이 센서 신호 전달 시점 또는 특정 센서 신호 형태 이전에 위치하는 경우 비교 보정부(137)는 홀 센서(120)들이 위치해야 할 지점보다 일측 방향으로 더 이동되어 위치된 것으로 판단하고 해당 일측 방향으로 더 이동된 위치 보정을 위한 위치 보정 값을 생성할 수 있다. 그리고 zero crossing 지점이 센서 신호 전달 시점 또는 특정 센서 신호 형태 이후에 위치하는 경우 비교 보정부(137)는 홀 센서(120)들이 위치해야 할 지점보다 타측 방향으로 더 이동되어 위치된 것으로 판단하고 해당 타측 방향으로 이동된 상태의 위치 보정을 위한 위치 보정 값을 생성할 수 있다. 상기 비교 보정부(137)는 위치 보정 값이 산출되면 이를 역기전압 정보 수집부(133)가 참조할 수 있는 메모리에 저장하도록 지원할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 BLDC 전동기(100)는 홀 센서(120) 위치 보정을 위한 보정 속도 구간을 마련하고, 이 상태에서 역기전압을 검출한 후, 역기전압의 zero crossing 지점과 홀 센서(120)들의 실제 센서 신호들을 상호 비교하여 일치 여부에 따라 홀 센서(120)들의 위치 보정을 수행하도록 지원한다. 결과적으로 본 발명의 BLDC 전동기(100)는 홀 센서의 정위치 배열을 확인하고, 정확한 위치 보정을 수행함으로써 최적의 모터 운전을 수행할 수 있도록 지원할 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 홀 센서 위치 보정 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 홀 센서 위치 보정 방법은 먼저, S101 단계에서 BLDC 전동기(100)의 모터 제어부(130)가 최초 구동 여부인지 확인한다. 즉 모터 제어부(130)는 모터 제어를 위해 마련된 마이크로프로세서에 포함된 메모리의 사전 정의된 위치에 홀 센서(120) 위치 보정 값이 저장되어 있는지 여부를 확인한다. 그리고 모터 제어부(130)는 해당 메모리에 홀 센서(120) 위치 보정 값이 저장되어 있는 경우 S103 단계로 분기하여 메모리의 홀 센서(120) 위치 보정 값을 반영하여 운전하도록 지원할 수 있다. 이때 메모리에 위치 보정 값 없음에 대한 정보가 기입된 경우 모터 제어부(130)는 별도 위치 보정 값 적용 없이 사전 계획된 목표에 따라 PWM 구동부(140) 및 인버터(150) 제어를 수행할 수 있다.
한편, 모터 제어부(130)는 S101 단계에서 전동기 구동이 최초 구동인 경우, 즉 기 정의된 메모리 영역에 홀 센서(120) 위치 보정 값이 없는 경우 S105 단계에서 홀 센서(120) 보정을 위해 모터를 사전 정의된 보정 속도 구간에 해당하는 저속의 정속 속도로 운전하도록 제어한다.
이후 모터 제어부(130)는 S107 단계에서 모터(110)의 역기전압 정보를 수집하여 홀 센서(120)들의 정보와 비교하여 오차 값을 산출한다. 즉 모터 제어부(130)는 역기전압 정보의 zero crossing 지점과 홀 센서(120)들의 센서 신호 전달 시점 또는 센서 신호의 특정 위치가 일치하는지 또는 얼마만큼의 오차가 발생하는지를 확인할 수 있다. 그리고 모터 제어부(130)는 zero crossing 지점과 홀 센서(120)들의 센서 신호들 사이의 오차 값을 산출한다.
다음으로 모터 제어부(130)는 S109 단계에서 산출된 오차 값에 해당하는 홀 센서(120) 위치 보정 값을 산출할 수 있다. 예를 들어 모터 제어부(130)는 해당 오차 값에 해당하는 홀 센서(120) 위치 보정을 위하여 PWM 구동 신호의 공급 시점을 해당 오차 값에 대응하도록 조정하거나, PWM 구동 신호의 펄스폭을 조정하는 등에 해당하는 위치 보정 값을 생성할 수 있다.
위치 보정 값 산출이 완료되면, 모터 제어부(130)는 S111 단계에서 메모리에 홀 센서(120) 위치 보정 값을 입력한다. 그리고 모터 제어부(130)는 S113 단계에서 최종 목표 속도로 운전하도록 제어한다. 이때 모터 제어부(130)는 홀 센서(120) 위치 보정 값을 기반으로 위치 보정된 PWM 제어 신호를 생성하고, 이를 기반으로 인버터(150) 제어를 수행할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 홀 센서 위치 보정 방법은 역기전압 정보를 이용하여 홀 센서(120)의 실제 위치를 추정하고 이에 따른 위치 보정 값을 산출함으로써 정확한 홀 센서(120) 배치에 따른 모터(110) 구동 제어를 지원할 수 있다.
한편 상술한 홀 센서(120)의 위치 보정 값 검출과정은 최초 BLDC 전동기(100)의 동작 과정에서만 수행되어 메모리에 저장된 이후 저장된 위치 보정 값 호출 과정에 수행될 수 있다. 또한 홀 센서(120)의 위치 보정 값 검출 과정은 전동기 운용에 따라 홀 센서의 정위치 이탈 발생을 고려하여 일정 주기로 반복적으로 수행되어 메모리에 저장된 정보 갱신을 수행할 수 있다.
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 : 홀 센서 130 : 모터 제어부
133 : 역기전압 정보 수집부 135 : 홀 센서 정보 수집부
137 : 비교 보정부 140 : PWM 구동부
150 : 인버터

Claims (8)

  1. 고정자와 회전자를 포함하는 모터;
    상기 모터의 회전자 위치를 검출하는 홀 센서들;
    상기 모터의 역기전압 정보와 상기 홀 센서들이 전달하는 센서 신호 비교를 통하여 오차 값에 대한 상기 홀 센서들의 위치 보정 값을 생성한 후 이를 기반으로 상기 모터 구동 제어를 수행하는 모터 제어부;
    상기 위치 보정 값을 저장하는 메모리;
    상기 모터 제어부 제어에 따라 상기 모터 구동에 필요한 전원을 공급하는 인버터;
    상기 인버터에 공급되는 PWM 구동 신호를 생성하는 PWM 구동부;를 포함하며,
    상기 모터 제어부는
    상기 메모리에 홀 센서들의 위치 보정 값이 저장되어 있는 지의 여부를 확인하여 모터의 최초 구동 여부를 확인하고, 확인 결과 상기 위치 보정 값이 저장되어 있지 않아 상기 모터의 최초 구동을 확인한 경우 상기 모터를 사전 정의된 보정 속도 구간에 해당하는 저속의 정속 속도로 운전시켜 상기 모터의 역기전압 정보를 수집하고, 상기 모터 구동에 따른 역기전압의 zero crossing 지점을 검출하는 역기전압 정보 수집부;
    상기 홀 센서들이 검출한 센서 신호를 수집하는 홀 센서 정보 수집부;
    상기 수집된 역기전압 정보와 홀 센서들의 센서 신호 비교를 통하여 오차 값을 산출하되, 역기전압의 zero crossing 지점과 상기 홀 센서들의 센서 신호 전달 시점 또는 센서 신호의 특정 지점과의 일치 여부를 확인하고, 확인한 상기 일치 지점으로부터 이격된 만큼을 오차 값으로 산출하고, 상기 오차 값에 대한 상기 홀 센서들의 위치 보정 값을 생성하는 비교 보정부;를 포함하고,
    상기 역기전압 정보 수집부는
    상기 모터의 최초 구동 여부를 확인한 결과 상기 홀 센서들의 위치 보정 값이 기 저장되어 있는 경우, 기 저장된 상기 위치 보정 값을 기반으로 상기 인버터 구동을 위한 상기 PWM 구동부의 구동을 제어하는 것을 특징으로 하는 역기전압을 이용한 홀 센서 위치 보정을 지원하는 BLDC 전동기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 비교 보정부는
    상기 오차 값에 해당하는 상기 홀 센서들의 위치 보정을 위하여 PWM 구동 신호의 공급 시점을 상기 오차 값에 대응하도록 조정하거나, PWM 구동 신호의 펄스폭을 조정하는 위치 보정 값을 생성하는 것을 특징으로 하는 역기전압을 이용한 홀 센서 위치 보정을 지원하는 BLDC 전동기.
  3. 삭제
  4. 제2항에 있어서,
    상기 역기전압 정보 수집부는
    상기 모터가 사전 정의된 홀 센서 위치 보정 구간에 해당하는 저속의 정속 속도로 동작하도록 상기 PWM 구동부의 PWM 구동 제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 역기전압을 이용한 홀 센서 위치 보정을 지원하는 BLDC 전동기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 역기전압 정보 수집부는
    상기 메모리에 저장된 위치 보정 값을 기반으로 목표로 하는 최고 속도로 모터의 운전 제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 역기전압을 이용한 홀 센서 위치 보정을 지원하는 BLDC 전동기.
  6. 메모리에 홀 센서들의 위치 보정 값이 저장되어 있는 지의 여부를 확인하여 모터의 최초 구동 여부를 확인하는 확인 단계;
    확인 결과 상기 위치 보정 값이 저장되어 있지 않아 상기 모터의 최초 구동을 확인한 경우, 상기 모터를 사전 정의된 보정 속도 구간에 해당하는 저속의 정속 속도로 운전시켜 상기 모터의 역기전압 정보와 상기 홀 센서들의 센서 신호를 수집하는 단계;
    상기 수집된 역기전압 정보와 홀 센서들의 센서 신호 비교를 통하여 오차 값을 산출하되, 역기전압의 zero crossing 지점과 상기 홀 센서들의 센서 신호 전달 시점 또는 센서 신호의 특정 지점과의 일치 여부를 확인하고, 확인한 상기 일치 지점으로부터 이격된 만큼을 오차 값으로 산출하는 단계;
    상기 오차 값에 대한 상기 홀 센서들의 위치 보정 값을 생성하는 단계;
    상기 위치 보정 값을 상기 메모리에 저장하는 단계;
    상기 메모리에 저장된 상기 위치 보정 값을 기반으로 상기 모터 구동을 제어하는 제어 단계;를 포함하고,
    상기 모터의 최초 구동 여부를 확인한 결과 상기 홀 센서들의 위치 보정 값이 기 저장되어 있는 경우, 기 저장된 상기 위치 보정 값을 기반으로 상기 모터 구동을 제어하는 것을 특징으로 하는 역기전압을 이용한 BLDC 전동기의 홀 센서 위치 보정 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 위치 보정 값을 생성하는 단계는
    상기 오차 값에 해당하는 상기 홀 센서들의 위치 보정을 위하여 PWM 구동 신호의 공급 시점을 상기 오차 값에 대응하도록 조정하거나, PWM 구동 신호의 펄스폭을 조정하는 위치 보정 값을 생성하는 것을 특징으로 하는 역기전압을 이용한 BLDC 전동기의 홀 센서 위치 보정 방법.
  8. 제6항에 있어서, 상기 제어 단계는
    상기 메모리에 저장된 위치 보정 값을 기반으로 목표로 하는 최고 속도로 상기 모터의 운전 제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 역기전압을 이용한 BLDC 전동기의 홀 센서 위치 보정 방법.
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