KR101376691B1 - Phase changeover method of multi-phase independent bldc motor and apparatus thereof - Google Patents

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KR101376691B1 KR1020130026929A KR20130026929A KR101376691B1 KR 101376691 B1 KR101376691 B1 KR 101376691B1 KR 1020130026929 A KR1020130026929 A KR 1020130026929A KR 20130026929 A KR20130026929 A KR 20130026929A KR 101376691 B1 KR101376691 B1 KR 101376691B1
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김장목
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김남언
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국방과학연구소
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Abstract

The present specification relates to a phase changeover method of an independent multi-phase BLDC motor and a device thereof which prevent a momentary torque reduction phenomenon of a BLDC motor and a torque pulsating motion due to the same and minimize the stress and loss due to sparks of a phase changeover switch. The phase changeover device of the independent multi-phase BLDC motor according to an embodiment which is disclosed in the present specification comprises: a phase changeover switch which is connected between two among multiple H-bridge inverters and changes over the phase which is applied to the independent multi-phase BLDC motor; and a controller which determines On/Off state of the multiple H-bridge inverters by applying a pulse width modulation signal to the multiple H-bridge inverters and controls a phase current which is applied to the independent multi-phase BLDC motor and a speed of the independent multi-phase BLDC motor.

Description

독립 다상 BLDC 전동기의 상수 전환 방법 및 그 장치{PHASE CHANGEOVER METHOD OF MULTI-PHASE INDEPENDENT BLDC MOTOR AND APPARATUS THEREOF}Constant switching method and apparatus thereof of independent multiphase BLDC motors {PHASE CHANGEOVER METHOD OF MULTI-PHASE INDEPENDENT BLDC MOTOR AND APPARATUS THEREOF}

본 명세서는 독립 다상 BLDC(Brushless DC) 전동기의 상수 전환 방법 및 그 장치에 관한 것이다.The present specification relates to a constant switching method and an apparatus of an independent polyphase brushless DC (BLDC) motor.

일반적으로, BLDC 전동기(motor)는 회전자(Rotor)가 영구자석으로 이루어지고 고정자(Stator)가 코어에 권선이 감긴 전기자로 구성되는데, 전기자에 공급되는 전류파형에 따라 정현파 전류 구동방식과 구형파 전류 구동방식으로 나눌 수 있다. 이러한 BLDC 전동기는 영구자석 모터라고도 하며, 사다리꼴 형태의 역기전력 파형을 가지고, 유도전동기에 비해 같은 크기의 출력에 대해 무게가 가볍고 부피가 작으며 효율이 높고 관성이 작을뿐아니라 구동회로를 간단히 할 수 있어 가변속 구동기로서 고성능 구동분야에서 널리 사용되고 있다. 종래 기술에 따른 BLDC 전동기 및 그 제어회로는 한국 특허 출원 번호 10-2001-0074909에 개시되어 있다. In general, a BLDC motor is composed of a rotor made of a permanent magnet and a stator wound around a core, and a sine wave current driving method and a square wave current according to the current waveform supplied to the armature. It can be divided into driving method. These BLDC motors are also called permanent magnet motors, have a trapezoidal counter electromotive force waveform, and are light in weight, small in volume, high in efficiency and small inertia for the same size output as induction motors, and can simplify the driving circuit. As a variable speed driver, it is widely used in the field of high performance driving. The BLDC motor and its control circuit according to the prior art are disclosed in Korean Patent Application No. 10-2001-0074909.

본 명세서는 BLDC 전동기의 상수 전환으로 인한 순간전인 토크 저감 현상 및 이로 인한 토크 맥동을 방지할 수 있고, 상수 전환 스위치의 스파크로 인한 스트레스와 손실을 최소화할 수 있는 독립 다상 BLDC 전동기의 상수 전환 방법 및 그 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다. The present specification can prevent the torque reduction phenomenon and the torque pulsation caused by the instantaneous change due to the constant switching of the BLDC motor, and the constant switching method of the independent polyphase BLDC motor capable of minimizing the stress and loss due to the spark of the constant switching switch and The object is to provide the device.

본 명세서에 개시된 실시예에 따른 독립 다상 BLDC 전동기의 상수 전환 장치는, 독립 다상 BLDC(Brushless direct current) 전동기에 연결된 다수의 H-브릿지(H-Bridge) 인버터와; 상기 다수의 H-브릿지 인버터 중 상수를 감소시키려는 둘 사이에 연결되고, 상기 독립 다상 BLDC 전동기에 인가되는 상수를 전환하는 상수 전환 스위치와; 상기 다수의 H-브릿지 인버터에 펄스폭변조 신호를 인가하여 상기 다수의 H-브릿지 인버터의 온/오프(On/Off) 상태를 결정함으로써 상기 독립 다상 BLDC 전동기에 인가되는 상전류 및 상기 독립 다상 BLDC 전동기의 속도를 제어하는 제어기를 포함하며, 상기 제어기는 한 주기마다 두 번의 상기 상수 전환 스위치의 상수 전환 영역을 정의하고, 상기 상수 전환 스위치의 상수 전환 영역에서 상기 상수 전환 스위치의 온/오프를 제어할 수 있다.A constant switching device of an independent polyphase BLDC motor according to an embodiment disclosed in the present disclosure includes a plurality of H-bridge inverters connected to an independent polyphase brushless direct current (BLDC) motor; A constant change switch connected between two of the plurality of H-bridge inverters to reduce a constant, the constant change switch switching a constant applied to the independent polyphase BLDC motor; Phase current and independent polyphase BLDC motors applied to the independent multiphase BLDC motors by applying pulse width modulation signals to the plurality of H-bridge inverters to determine an on / off state of the plurality of H-bridge inverters. And a controller for controlling the speed of the controller, wherein the controller defines a constant switching region of the constant switching switch twice per cycle, and controls the on / off of the constant switching switch in the constant switching region of the constant switching switch. Can be.

본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 상수 전환 스위치의 상수 전환 영역은, 상기 다상 중에서 연결하려는 두 상의 상전류가 도통되지 않는 영역일 수 있다. As an example related to the present specification, the constant switching region of the constant switching switch may be a region in which the phase current of two phases to be connected among the polyphases is not conductive.

본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 상수 전환 스위치의 상수 전환 영역은 상기 두 상의 역기전력 차가 최소인 영역으로서, 상기 상수 전환 영역에서는 상기 상수 전환 스위치에 전류가 흐르지 않는 것을 특징으로 한다.As an example related to the present specification, the constant switching region of the constant switching switch is a region where the difference in back EMF of the two phases is minimal, and the current does not flow in the constant switching switch in the constant switching region.

본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 제어기는, 상기 상수 전환 스위치에 전류가 흐르지 않는 상기 상수 전환 영역에서 상기 상수 전환 스위치를 온/오프 동작시킴으로써 상기 상수 전환에 의한 토크맥동 및 상기 상수 전환 스위치의 스파크로 인한 스위치 스트레스를 감소시킬 수 있다. As an example related to the present specification, the controller may operate by operating the constant switching switch on / off in the constant switching region in which no current flows in the constant switching switch, thereby causing torque pulsation and sparking of the constant switching switch. It can reduce the switch stress caused by.

본 명세서에 개시된 실시예에 따른 독립 다상 BLDC 전동기의 상수 전환 방법은, 독립 다상 BLDC(Brushless direct current) 전동기에 연결된 다수의 H-브릿지(H-Bridge) 인버터와, 상기 다수의 H-브릿지 인버터 중 상수를 감소시키려는 둘 사이에 연결되고, 상기 독립 다상 BLDC 전동기에 인가되는 상수를 전환하는 상수 전환 스위치와, 상기 다수의 H-브릿지 인버터에 펄스폭변조 신호를 인가하여 상기 다수의 H-브릿지 인버터의 온/오프(On/Off) 상태를 결정함으로써 상기 독립 다상 BLDC 전동기에 인가되는 상전류 및 상기 독립 다상 BLDC 전동기의 속도를 제어하는 제어기를 이용하여 상기 독립 다상 BLDC 전동기의 상수를 전환하는 방법에 있어서, 한 주기마다 두 번의 상기 상수 전환 스위치의 상수 전환 영역을 정의하는 단계와; 상기 상수 전환 스위치의 상수 전환 영역에서 상기 상수 전환 스위치의 온/오프를 제어하는 단계를 포함할 수 있다.The constant switching method of an independent polyphase BLDC motor according to an exemplary embodiment of the present disclosure includes a plurality of H-bridge inverters connected to an independent polyphase brushless direct current (BLDC) motor, and a plurality of H-bridge inverters. A constant switching switch connected between the two to reduce the constant and switching constants applied to the independent multi-phase BLDC motor, and applying a pulse width modulation signal to the plurality of H-bridge inverters to provide a plurality of H-bridge inverters. In the method of switching the constant of the independent polyphase BLDC motor by using a controller for controlling the phase current applied to the independent polyphase BLDC motor and the speed of the independent polyphase BLDC motor by determining an on / off state, Defining a constant switching area of the constant switching switch twice per period; Controlling the on / off of the constant switching switch in the constant switching region of the constant switching switch.

본 발명의 실시예에 따른 독립 다상 BLDC 전동기의 상수 전환 방법 및 그 장치는, BLDC 전동기의 상수전환으로 인한 순간전인 토크 저감 현상 및 이로 인한 토크 맥동을 방지할 수 있고, 상수 전환 스위치의 스파크로 인한 스트레스와 손실을 최소화할 수 있다. The constant switching method and apparatus of an independent polyphase BLDC motor according to an embodiment of the present invention can prevent a torque reduction phenomenon and torque pulsation caused by a constant current due to constant switching of a BLDC motor, You can minimize stress and loss.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 상수 전환 장치를 설명하기 위한 독립 다상 전동기 시스템을 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 상수 전환 스위치가 설치된 H-Bridge 인버터 구조를 나타낸 도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 순차 상수 전환 방법을 나타낸 도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 순차 상수 전환 시점을 나타낸 도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 부하 토크에 의한 상수 전환 시점 변화를 나타낸 도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 상전류 응답 특성을 나타낸 도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 정상 상태 기준 상수 전환 종료 속도 결정 시 토크 및 운전 상수를 나타낸 도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 전류 과도 상태에 의한 평균 토크를 나타낸 도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 과도 상태 기준 상수 전환 종료 속도 결정 시 토크 및 상수를 나타낸 도이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 상수 전환 미사용 시 토크 특성을 나타낸 도이다.1 is a block diagram showing an independent polyphase motor system for explaining a constant switching device according to an embodiment of the present invention.
2 is a view showing the structure of the H-Bridge inverter is installed constant switching switch according to an embodiment of the present invention.
3 is a view showing a sequential constant conversion method according to an embodiment of the present invention.
4 is a diagram illustrating sequential constant switching time points according to an exemplary embodiment of the present invention.
5 is a view showing a change in constant switching time point by the load torque according to an embodiment of the present invention.
6 is a diagram illustrating a phase current response characteristic according to an embodiment of the present invention.
7 is a diagram illustrating torque and operating constants when determining a steady state reference constant switching end speed according to an exemplary embodiment of the present invention.
8 is a diagram showing an average torque due to a current transient according to an embodiment of the present invention.
9 is a view showing a torque and a constant when determining the transient state reference constant switching end speed according to an embodiment of the present invention.
10 is a diagram illustrating a torque characteristic when the constant switching is not used according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, wherein like reference numerals are used to designate identical or similar elements, and redundant description thereof will be omitted. The suffix "module" and " part "for the components used in the following description are given or mixed in consideration of ease of specification, and do not have their own meaning or role. In the following description of the embodiments of the present invention, a detailed description of related arts will be omitted when it is determined that the gist of the embodiments disclosed herein may be blurred. In addition, it should be noted that the attached drawings are only for easy understanding of the embodiments disclosed in the present specification, and should not be construed as limiting the technical idea disclosed in the present specification by the attached drawings.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 상수 전환 장치를 설명하기 위한 독립 다상 전동기 시스템을 나타낸 구성도이다.1 is a block diagram showing an independent polyphase motor system for explaining a constant switching device according to an embodiment of the present invention.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 독립 다상 전동기 시스템은, As shown in Figure 1, the independent polyphase motor system according to an embodiment of the present invention,

독립 다상 전동기(10), 다수의 H-브릿지(H-Bridge) 인버터로 구성된 인버터 시스템(20), 제어기로 구성된다. 독립 다상 전동기(20)는 중성점이 연결되지 않은 형태로, 한 상에 2개의 노드를 가진다. 한 상은 4개의 스위치로 이루어진 H-브릿지(H-Bridge) 인버터 하나를 이용하여 제어되며, 상기 인버터 시스템(10)은 직류 전류(DC)단을 공유하는 다수의 H-Bridge 인버터로 구성된다. Independent polyphase motor 10, inverter system 20 consisting of a plurality of H-Bridge inverters, and a controller. The independent polyphase motor 20 has two nodes in one phase in a form in which a neutral point is not connected. One phase is controlled using an H-Bridge inverter consisting of four switches, and the inverter system 10 is composed of a plurality of H-Bridge inverters that share a DC current (DC) stage.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 상수 전환 스위치가 설치된 H-Bridge 인버터 구조를 나타낸 도이다. 2 is a view showing the structure of the H-Bridge inverter is installed constant switching switch according to an embodiment of the present invention.

도 2에 도시한 바와 같이, 상수 전환 스위치(Phase Changeover Switch)(30)는 다수의 H-Bridge 인버터 중 상수를 감소시키려는 둘 사이에 설치되거나, 각각의 H-Bridge 인버터 사이에 설치될 수 있다. 상기 다수의 H-Bridge 인버터는 상기 제어기의 제어 신호에 의해 On/Off 동작이 결정된다. 상기 제어기는 다수의 H-Bridge 인버터에 펄스 폭 변조(pulse width modulation, PWM) 신호를 인가하여 상기 다수의 H-Bridge 인버터의 각 스위치의 온/오프(On/Off) 상태를 결정함으로써 상기 독립 다상 전동기(10)에 인가되는 상전류 및 상기 독립 다상 전동기(10)의 속도를 제어한다. As shown in FIG. 2, a constant changeover switch 30 may be installed between two of the plurality of H-Bridge inverters to reduce the constant, or may be installed between each H-Bridge inverter. In the plurality of H-Bridge inverters, an on / off operation is determined by a control signal of the controller. The controller applies a pulse width modulation (PWM) signal to a plurality of H-Bridge inverters to determine an on / off state of each switch of the plurality of H-Bridge inverters. The phase current applied to the motor 10 and the speed of the independent polyphase motor 10 are controlled.

본 발명의 실시예에 따른 상수 전환 장치는, 독립 다상 BLDC(Brushless direct current) 전동기에 연결된 다수의 H-브릿지(H-Bridge) 인버터(10)와; 상기 다수의 H-브릿지 인버터(10) 중 상수를 감소시키려는 둘 사이에 연결되고, 상기 독립 다상 BLDC 전동기에 인가되는 상수를 전환하는 상수 전환 스위치(30)와; 상기 다수의 H-브릿지 인버터에 펄스폭변조 신호를 인가하여 상기 다수의 H-브릿지 인버터의 온/오프(On/Off) 상태를 결정함으로써 상기 독립 다상 BLDC 전동기에 인가되는 상전류 및 상기 독립 다상 BLDC 전동기의 속도를 제어하는 제어기를 포함하며, 상기 제어기는 한 주기마다 두 번의 상기 상수 전환 스위치의 상수 전환 영역을 정의하고, 상기 상수 전환 스위치의 상수 전환 영역에서 상기 상수 전환 스위치의 온/오프를 제어한다.A constant switching device according to an embodiment of the present invention includes a plurality of H-bridge inverters (10) connected to an independent polyphase brushless direct current (BLDC) motor; A constant switching switch (30) connected between two of the plurality of H-bridge inverters (10) to reduce a constant, the constant switching switch (30) for converting a constant applied to the independent polyphase BLDC motor; Phase current and independent polyphase BLDC motors applied to the independent multiphase BLDC motors by applying pulse width modulation signals to the plurality of H-bridge inverters to determine an on / off state of the plurality of H-bridge inverters. And a controller for controlling a speed of the controller, wherein the controller defines a constant switching region of the constant switching switch twice per cycle, and controls on / off of the constant switching switch in the constant switching region of the constant switching switch. .

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 순차 상수 전환 방법을 나타낸 도로서, 상기 제어기는 상수 전환 스위치(30)를 순차적으로 On/Off 동작시키는 순차 상수 전환 방식과 순차 상수 전환 방식의 상수 전환 시간을 고려하여 상기 상수 전환 스위치(30)를 On/Off 동작시키는 상수 전환 시점 방식으로 상기 상수 전환 스위치(30)의 On/Off 동작을 제어할 수 있다.3 is a view showing a sequential constant switching method according to an embodiment of the present invention, the controller is a constant switching time of the sequential constant switching method and the sequential constant switching method to sequentially operate the constant switching switch 30 on / off In consideration of the on / off operation of the constant switching switch 30 in a constant switching time point manner to operate the constant switching switch 30 on / off.

상기 순차 상수 전환 방식은 도 3과 같이 한 주기마다 두 번의 상수 전환 스위치의 상수 전환 영역이 정의된다. 상수 전환 스위치의 상수 전환 영역은 연결하려는 두 상의 상전류가 도통되지 않으며, 두 상의 역기전력 차가 최저인 영역으로 정의된다. 상기 상수 전환 영역에서는 상수 전환 스위치(30)에 전류가 흐르지 않음으로 인하여 상수 전환 스위치(30)의 스파크로 인한 스위치 스트레스 및 손실을 방지할 수 있다.In the sequential constant switching method, as shown in FIG. 3, two constant switching areas of a constant switching switch are defined per cycle. The constant switching region of the constant switching switch is defined as a region in which the phase currents of the two phases to be connected are not conducted, and the reverse electromotive force difference between the two phases is the lowest. In the constant switching region, since no current flows through the constant switching switch 30, it is possible to prevent switch stress and loss due to sparking of the constant switching switch 30.

도 3과 같이 임의의 시점에 상수 전환 신호가 발생하게 되면, 전기적 위치가 상수 전환 영역에 위치한 상들부터 차례로 상수 전환 스위치가(30)가 On/Off되면서 상수를 변화시킨다. 상수 전환 영역은 각 상마다 전기적 한 주기에 2번씩 존재하므로, 상수 전환이 모두 이루어지기 위해서는 최대 전기적 반주기의 시간이 필요하다.When a constant switching signal is generated at any point as shown in FIG. 3, the constant switching switch 30 is sequentially turned on and off from the phases in which the electrical position is located in the constant switching region. Since the constant switching region exists twice in one electrical cycle for each phase, the maximum electrical half cycle time is required for the constant switching to occur.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 순차 상수 전환 시점을 나타낸 도이다. 4 is a diagram illustrating sequential constant switching time points according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 4에 도시한 바와 같이, 상수 전환 시점은 순차 상수 전환 방식의 전기적 반주기 상수 전환 시간을 고려하여 결정할 필요가 있다. 이를 위해서는 독립 다상 전동기(20)의 회전 속도의 응답 특성을 예측해야 하며, 이는 수학식1로 나타낼 수 있다.As shown in Fig. 4, the constant switching time needs to be determined in consideration of the electric half-cycle constant switching time of the sequential constant switching method. To this end, it is necessary to predict the response characteristics of the rotational speed of the independent polyphase motor 20, which can be represented by Equation 1.

Figure 112013021922396-pat00001
Figure 112013021922396-pat00001

여기서,

Figure 112013021922396-pat00002
,
Figure 112013021922396-pat00003
및
Figure 112013021922396-pat00004
은 각각 토크 상수, 관성 계수, 감쇠 계수를,
Figure 112013021922396-pat00005
,
Figure 112013021922396-pat00006
및
Figure 112013021922396-pat00007
는 각각 전지적 토크, 기계적 토크, 부하 토크를,
Figure 112013021922396-pat00008
는 전류 지령을,
Figure 112013021922396-pat00009
은 회전 속도를 의미한다.here,
Figure 112013021922396-pat00002
,
Figure 112013021922396-pat00003
And
Figure 112013021922396-pat00004
Are torque constants, inertia coefficients, and damping coefficients,
Figure 112013021922396-pat00005
,
Figure 112013021922396-pat00006
And
Figure 112013021922396-pat00007
Respectively, the global torque, mechanical torque, load torque,
Figure 112013021922396-pat00008
Current command,
Figure 112013021922396-pat00009
Means rotation speed.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 부하 토크에 의한 상수 전환 시점 변화를 나타낸 도이다. 5 is a view showing a change in constant switching time point by the load torque according to an embodiment of the present invention.

수학식 1을 이용하여 상수 전환 시작 시점에 대한 종료 시점을 예측 할 수 있다. 하지만 모든 성분을 고려하여 상수 전환 시점(

Figure 112013021922396-pat00010
)을 결정한 경우, 상수의 오차에 의하여 속도 응답이 예측보다 빠르게 되면 상수 전환 시간 부족으로 인한 토크 맥동이 발생할 수 있다. 반대로,
Figure 112013021922396-pat00011
성분만을 고려하여 상수 전환 시점(
Figure 112013021922396-pat00012
)을 결정할 경우, 속도 응답이 느리더라도 여유 상수 전환 시간이 발생할 뿐 토크 맥동은 발생하지 않는다. 따라서
Figure 112013021922396-pat00013
만을 고려할 경우 좀 더 강인한 상수 전환 시점을 결정할 수 있다.
Figure 112013021922396-pat00014
만을 고려한 상수 전환 시점은 다음과 같은 수학식2로 구할 수 있다.Equation 1 can be used to predict the end time for the constant conversion start time. However, taking into account all components,
Figure 112013021922396-pat00010
If the speed response is faster than expected due to the constant error, torque pulsation may occur due to lack of constant switching time. Contrary,
Figure 112013021922396-pat00011
Constant conversion time point considering only components
Figure 112013021922396-pat00012
), Even if the speed response is slow, there is a margin constant switching time and no torque pulsation. therefore
Figure 112013021922396-pat00013
Considering this alone, a more robust constant conversion point can be determined.
Figure 112013021922396-pat00014
Considering only the constant conversion time can be obtained by the following equation (2).

Figure 112013021922396-pat00015
Figure 112013021922396-pat00015

여기서,

Figure 112013021922396-pat00016
,
Figure 112013021922396-pat00017
는 각각 상수 전환 시작 속도, 상수 전환 종료 속도를 나타내며,
Figure 112013021922396-pat00018
,
Figure 112013021922396-pat00019
은 각각 이때의 시각을 의미한다.
Figure 112013021922396-pat00020
,
Figure 112013021922396-pat00021
사이의 전기적으로 회전한 각이
Figure 112013021922396-pat00022
가 되어야 하므로 다음과 같이 수학식 3으로 나타낼 수 있다.here,
Figure 112013021922396-pat00016
,
Figure 112013021922396-pat00017
Denotes the constant conversion start speed and the constant conversion end speed, respectively.
Figure 112013021922396-pat00018
,
Figure 112013021922396-pat00019
Are respectively the time at this time.
Figure 112013021922396-pat00020
,
Figure 112013021922396-pat00021
Electrically rotated angle between
Figure 112013021922396-pat00022
Since it should be can be represented by the following equation (3).

Figure 112013021922396-pat00023
Figure 112013021922396-pat00023

여기서,

Figure 112013021922396-pat00024
는 극수를 의미한다. 위의 수학식 1 내지 3을 정리하면 다음과 같이 수학식 4로 나타낼 수 있다.here,
Figure 112013021922396-pat00024
Means pole number. The above Equations 1 to 3 can be summarized as Equation 4 as follows.

Figure 112013021922396-pat00025
Figure 112013021922396-pat00025

여기서,

Figure 112013021922396-pat00026
는 전류 응답 특성에 의하여 두 가지 방법으로 정할 수 있다. here,
Figure 112013021922396-pat00026
Can be determined in two ways by the current response.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 상전류 응답 특성을 나타낸 도이다. 첫 번째 방법은 전류의 정상 상태를 기준으로 정하는 방법으로 도 6의 정상 상태 지령 전압(

Figure 112013021922396-pat00027
)이
Figure 112013021922396-pat00028
를 넘지 않도록 하는 방법이다. 6 is a diagram illustrating a phase current response characteristic according to an embodiment of the present invention. The first method is based on the steady state of the current. The steady state command voltage of FIG.
Figure 112013021922396-pat00027
)this
Figure 112013021922396-pat00028
This is how you do not exceed.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 정상 상태 기준 상수 전환 종료 속도 결정 시 토크 및 운전 상수를 나타낸 도이다.7 is a diagram illustrating torque and operating constants when determining a steady state reference constant switching end speed according to an exemplary embodiment of the present invention.

상기 정상 상태에서는 고정자 리액턴스

Figure 112013021922396-pat00029
의 영향이 작으므로 이를 무시하면 다음과 같이 수학식5로 나타낼 수 있다.Stator reactance under normal conditions
Figure 112013021922396-pat00029
Since the influence of is small, ignoring this can be represented by Equation 5 as follows.

Figure 112013021922396-pat00030
Figure 112013021922396-pat00030

여기서,

Figure 112013021922396-pat00031
는 역기전력 상수를 의미한다. 이를 이용하여 상수 전환 종료(
Figure 112013021922396-pat00032
) 시점을 구하면 다음과 같이 수학식 6으로 나타낼 수 있다.here,
Figure 112013021922396-pat00031
Denotes the back EMF constant. Use this to end the constant conversion (
Figure 112013021922396-pat00032
) The time point can be expressed by Equation 6 as follows.

Figure 112013021922396-pat00033
Figure 112013021922396-pat00033

이 방법은 이용 가능한 전압을 한계까지 사용 후 상수 전환이 이루어지므로 효율 개선 영역이 넓다는 장점을 가지고 있다. 하지만 과도 상태를 고려하지 않았으므로 일부 속도에서 최대 토크가 저감될 수 있다.This method has the advantage that the efficiency improvement is wide because constant conversion is made after using the available voltage to the limit. However, without taking into account transients, maximum torque can be reduced at some speeds.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 전류 과도 상태에 의한 평균 토크를 나타낸 도이다.8 is a diagram showing an average torque due to a current transient according to an embodiment of the present invention.

방법 2 도 8의 전류 과도 상태 응답을 고려한 경우로, 응답에 저항 성분

Figure 112013021922396-pat00034
의 영향이 작으므로 이를 무시한 수학식 7은 다음과 같다.Method 2 Considering the current transient response of FIG. 8, the resistance component in the response
Figure 112013021922396-pat00034
Since Equation 7 is small, Equation 7 ignoring this is as follows.

Figure 112013021922396-pat00035
Figure 112013021922396-pat00035

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 과도 상태 기준 상수 전환 종료 속도 결정 시 토크 및 운전 상수를 나타낸 도이다.9 is a diagram illustrating torque and operating constants when determining a transient state reference constant switching end speed according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 9와 같이 전류 과도 응답에 의한 평균 토크 감소를 일정치 이하로 제한하는

Figure 112013021922396-pat00036
를 찾으면 수학식 8로 나타낼 수 있다.As shown in FIG. 9, the average torque decrease due to the current transient response is limited to a predetermined value or less.
Figure 112013021922396-pat00036
If is found, it may be represented by Equation 8.

Figure 112013021922396-pat00037
Figure 112013021922396-pat00037

여기서,

Figure 112013021922396-pat00038
는 허용 오차를 의미하며, 이는 수학식 9와 같이 정의된다.here,
Figure 112013021922396-pat00038
Denotes a tolerance, which is defined as in Equation 9.

Figure 112013021922396-pat00039
Figure 112013021922396-pat00039

수학식 9를 이용하여 상수 전환 종료 시점을 구하면 수학식 10과 같이 나타낼 수 있다.Using Equation 9 to obtain the end point of constant conversion can be expressed as Equation 10.

Figure 112013021922396-pat00040
Figure 112013021922396-pat00040

도 10은 본 발명의 실시예에 따른 상수 전환 미사용 시 토크 특성을 나타낸 도이다.10 is a diagram illustrating a torque characteristic when the constant switching is not used according to an embodiment of the present invention.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 독립 다상 BLDC 전동기의 상수 전환 방법 및 그 장치는, BLDC 전동기의 상수 전환으로 인한 순간전인 토크 저감 현상 및 이로 인한 토크 맥동을 방지할 수 있고, 상수 전환 스위치의 스파크로 인한 스트레스와 손실을 최소화할 수 있다. As described above, the constant switching method and the apparatus of the independent multi-phase BLDC motor according to the embodiment of the present invention, it is possible to prevent the torque reduction phenomenon and the torque pulsation caused by the instantaneous transition due to the constant switching of the BLDC motor, The stress and losses due to sparking of the changeover switch can be minimized.

본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are intended to illustrate rather than limit the scope of the present invention, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The protection scope of the present invention should be interpreted by the following claims, and all technical ideas within the equivalent scope should be interpreted as being included in the scope of the present invention.

10: 인버터 시스템 20: 독립 다상 전동기10: inverter system 20: independent polyphase motor

Claims (7)

독립 다상 BLDC(Brushless direct current) 전동기에 연결된 다수의 H-브릿지(H-Bridge) 인버터와;
상기 다수의 H-브릿지 인버터 중 상수를 감소시키려는 둘 사이에 연결되고, 상기 독립 다상 BLDC 전동기에 인가되는 상수를 전환하는 상수 전환 스위치와;
상기 다수의 H-브릿지 인버터에 펄스폭변조 신호를 인가하여 상기 다수의 H-브릿지 인버터의 온/오프(On/Off) 상태를 결정함으로써 상기 독립 다상 BLDC 전동기에 인가되는 상전류 및 상기 독립 다상 BLDC 전동기의 속도를 제어하는 제어기를 포함하며,
상기 제어기는 한 주기마다 두 번의 상기 상수 전환 스위치의 상수 전환 영역을 정의하고, 상기 상수 전환 스위치의 상수 전환 영역에서 상기 상수 전환 스위치의 온/오프를 제어하며,
상기 상수 전환 스위치의 상수 전환 영역은 상기 다상 중에서 연결하려는 두 상의 상전류가 도통되지 않는 영역인 것을 특징으로 하는 독립 다상 BLDC 전동기의 상수 전환 장치.A plurality of H-Bridge inverters connected to an independent polyphase Brushless Direct Current (BLDC) motor;
A constant change switch connected between two of the plurality of H-bridge inverters to reduce a constant, the constant change switch switching a constant applied to the independent polyphase BLDC motor;
Phase current and independent polyphase BLDC motors applied to the independent multiphase BLDC motors by applying pulse width modulation signals to the plurality of H-bridge inverters to determine an on / off state of the plurality of H-bridge inverters. It includes a controller to control the speed of,
The controller defines a constant switching area of the constant switching switch twice per period, controls the on / off of the constant switching switch in the constant switching area of the constant switching switch,
The constant switching region of the constant switching switch is a constant switching device of the independent multi-phase BLDC motor, characterized in that the phase current of the two phases to be connected among the multi-phase is not conductive. 삭제delete 제1항에 있어서, 상기 상수 전환 스위치의 상수 전환 영역은 상기 두 상의 역기전력 차가 최소인 영역으로서, 상기 상수 전환 영역에서는 상기 상수 전환 스위치에 전류가 흐르지 않는 것을 특징으로 하는 독립 다상 BLDC 전동기의 상수 전환 장치.The constant switching region of the constant-switching switch of claim 1, wherein the constant switching region of the constant-switching switch has a minimum back electromotive force difference between the two phases, and in the constant switching region, no current flows through the constant-switching switch. Device. 제3항에 있어서, 상기 제어기는,
상기 상수 전환 스위치에 전류가 흐르지 않는 상기 상수 전환 영역에서 상기 상수 전환 스위치를 온/오프 동작시킴으로써 상기 상수 전환에 의한 토크맥동 및 상기 상수 전환 스위치의 스파크로 인한 스위치 스트레스를 감소시키는 것을 특징으로 하는 독립 다상 BLDC 전동기의 상수 전환 장치.4. The apparatus of claim 3,
Independent operation characterized in that to reduce the switch pulsation due to the torque pulsation due to the constant switching and the spark of the constant switching switch by operating the constant switching switch on / off in the constant switching region, the current does not flow through the constant switching switch Constant switching device of polyphase BLDC motor. 독립 다상 BLDC(Brushless direct current) 전동기에 연결된 다수의 H-브릿지(H-Bridge) 인버터와, 상기 다수의 H-브릿지 인버터 중 상수를 감소시키려는 둘 사이에 연결되고, 상기 독립 다상 BLDC 전동기에 인가되는 상수를 전환하는 상수 전환 스위치와, 상기 다수의 H-브릿지 인버터에 펄스폭변조 신호를 인가하여 상기 다수의 H-브릿지 인버터의 온/오프(On/Off) 상태를 결정함으로써 상기 독립 다상 BLDC 전동기에 인가되는 상전류 및 상기 독립 다상 BLDC 전동기의 속도를 제어하는 제어기를 이용하여 상기 독립 다상 BLDC 전동기의 상수를 전환하는 방법에 있어서,
한 주기마다 두 번의 상기 상수 전환 스위치의 상수 전환 영역을 정의하는 단계와;
상기 상수 전환 스위치의 상수 전환 영역에서 상기 상수 전환 스위치의 온/오프를 제어하는 단계를 포함하며,
상기 상수 전환 스위치의 상수 전환 영역은 연결하려는 두 상의 상전류가 도통되지 않는 영역인 것을 특징으로 하는 독립 다상 BLDC 전동기의 상수 전환 방법.A plurality of H-bridge inverters connected to an independent polyphase brushless direct current (BLDC) motor, and two of the plurality of H-bridge inverters to reduce the constant, and applied to the independent polyphase BLDC motors. A constant switching switch for switching constants and a pulse width modulation signal applied to the plurality of H-bridge inverters to determine an on / off state of the plurality of H-bridge inverters. In the method of switching the constant of the independent polyphase BLDC motor by using a controller for controlling the applied phase current and the speed of the independent polyphase BLDC motor,
Defining a constant switching area of the constant switching switch twice per period;
Controlling on / off of the constant switching switch in the constant switching region of the constant switching switch,
The constant switching region of the constant switching switch is a constant switching method of the independent multi-phase BLDC motor, characterized in that the two phase phase current to be connected is not conducted. 삭제delete 제5항에 있어서, 상기 상수 전환 스위치의 상수 전환 영역은 상기 두 상의 역기전력 차가 최소인 영역으로서, 상기 상수 전환 영역에서는 상기 상수 전환 스위치에 전류가 흐르지 않는 것을 특징으로 하는 독립 다상 BLDC 전동기의 상수 전환 방법.6. The constant switching of the independent multi-phase BLDC motor according to claim 5, wherein the constant switching region of the constant switching switch is a region in which the reverse electromotive force difference between the two phases is minimum, and no current flows in the constant switching switch in the constant switching region. Way.
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