KR101490185B1 - 센서리스 ｂｌｄｃ 모터의 기동 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 센서리스 BLDC 모터의 기동 장치 및 방법에 관한 것으로써, 모터의 구동전압을 제공하는 인버터의 온/오프를 제어하는 PWM제어부와; 지령속도에 기초한 인가전류의 주파수에 따라 상기 PWM제어부에 저속 제어신호를 출력하여 모터의 속도를 제어하는 전류/주파수 제어부와; 모터 지령속도와 모터 추정속도의 비교차에 기초하여 상기 PWM제어부에 고속 제어신호를 출력하여 모터의 속도를 제어하는 센서리스 제어부와; 모터의 속도에 따라 상기 전류/주파수 제어부 또는 상기 센서리스 제어부를 모터의 제어부로 선택하는 제어알고리즘 절환부를 포함함으로써, 기동을 위하여 모터의 회전자를 초기 위치에 정렬할 경우 모터가 높은 부하 상태이거나 모터 회전자의 위치가 기준위치에 근처에 정렬되어 완벽하게 정렬되지 않는 경우에도 모터의 기동 실패를 방지할 수 있고, 또한 기동 초기에 과전류가 모터에 흐르는 것을 방지할 수 있다.
모터 기동, 센서리스 알고리즘, 병렬제어

Description

센서리스 ＢＬＤＣ 모터의 기동 장치 및 방법{ APPARATUS AND METHOD FOR INITIALLY DRIVING A SENSORLESS BLDC MOTOR}
본 발명은 센서리스 BLDC 모터의 기동 방법에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 전원인가시 저속영역에서 인가전류를 정격범위 내에서 인가전류의 크기 및 주파수을 증가시켜 센서리스 BLDC 모터를 오픈루프 방식으로 모터의 회전 속도를 일정 속도까지 상승시킨 후, 센서리스 알고리즘으로 모터의 회전자의 위치를 관측함과 동시에 모터 회전자의 위치 제어가 가능한 고속영역에 도달할때 까지 정격전류 범위내의 인가전류의 크기로 그 주파수를 계속 증가시켜 모터의 회전 속도를 상승시키며, 모터의 회전 속도가 센서리스 알고리즘으로 모터 회전자의 위치제어가 가능한 고속영역에 이른 경우에는 센서리스 알고리즘 만으로 BLDC 모터의 속도를 제어하는 센서리스 BLDC 모터의 기동 방법에 관한 것이다.
BLDC 모터는 냉장고와 공기조화기 등 가전제품 뿐만 아니라, 플로피디스크드라이버 같은 정보처리기기에 이르기까지 폭넓은 분야에서 사용되는 기기이다. BLDC모터의 그 회전속도와 회전자의 위치 등을 검출하기 위해 별도의 검지장치가 설치되어 있다. 그런데, 이 검지장치가 설치되지 않은 BLDC 모터를 센서리스 BLDC모터 라고 한다.
일반적인 센서리스 BLDC 모터는 도 1에 나타낸 것과 같이 U, V, W 세 개의 코일(11, 12, 13)과 회전자(rotor)(14)로 구성되어 있다. 그리고, 이러한 모터의 회전 속도를 제어하는 방식에는 120도 통전 방식과, 180도 통전 방식이 있다.
먼저, 120도 통전 방식은 모터의 각 코일에 번갈아 하이(H), 로(L), 오픈(O)상의 전압이 인가되며, 그 전압에 의해 코일에 발생된 자기력이 모터의 회전자를 회전시켜 모터의 속도를 제어하는 방식이다. 그리고, 180도 통전 방식은 모터로부터 회전 속도를 피드백(Feedback) 받지 않고 속도 추정기(Speed estimator)를 통해 모터 회전 속도를 추정하여 모터의 회전 속도를 제어하는 방식입니다. 이와 같은 180도 통전방식은 벡터제어 방식으로도 불린다.
그리고, 도 1에 나타낸 BLDC 모터의 개략적인 구동회로는 도 2에 나타낸 것과 같다. 전원부(21)는 상용전원(20)인 교류전압을 직류전압으로 변환시킨다. 펄스폭변조부(23)는 전원부(21)에서 변환된 직류전압을 인가받아 스위칭제어신호를 발생시킨다. 스위칭소자(24)는 스위칭제어신호에 따라 전원부(21)에서 인가받는 직류전압을 3상전압으로 변환시켜 모터(10)에 인가한다. 이 3상전압에 의해 모터(10)의 권선(도 1의 11, 12, 13)은 자기장을 발생시켜 모터의 회전자(도 1의 14)가 회전하게 된다.
모터 회전자의 회전에 따라 권선에는 역기전력이 출력되는데, 역기전력 검출부(27)는 이러한 역기전력을 검출하여 마이크로컴퓨터(25)으로 인가한다. 이 역기전력의 검출에 따라 마이크로컴퓨터(25)은 모터가 정확하게 동작되도록 펄스폭 변 조부(23)를 제어한다. 또한, 마이크로컴퓨터(25)은 스위칭소자(24)의 출력단에서 전류를 검지하는 전류검출부(26)로부터 모터(10)에 인가되는 전류값을 인가받고, 전원부(21)의 전압을 검지하는 전압검출부(22)로부터 마이크로컴퓨터에 인가되는 전압을 검지하여 지나치게 높은 전압 혹은, 전류가 모터에 인가되면, 전원부의 전원을 차단시킴으로써, 모터의 안정적인 동작을 도모한다.
이 때, 모터는 회전시 역기전력을 발생하며, 모터의 회전 속도가 증가함에 따라 역기전력의 크기도 증가한다. 위치검출부(25a)는 스위칭소자(24)의 출력단에서 전류검출부(26)와 역기전력검출부(27)에 의해서 검출된 모터(10)에 인가되는 전류에 기초하여 모터 회전자의 위치를 산출한다. 속도제어부(25b)는 회전자의 위치, 출력전류와 역기전력 등에 기초하여 모터의 회전 속도를 제어한다.
일반적으로 BLDC 모터의 구동단계는 초기위치설정구간과, 오픈루프구간 및 크로즈루프 구간 등, 세 구간으로 나눌 수 있다. 초기위치설정구간은 회전자가 정지상태에서 회전하기 시작하여 미리 설정된 위치로 회전자를 이동시키는 구간이고, 오픈루프 구간은 회전자의 초기위치가 설정된 후 역기전력이 감지되지 않는 저속구간이며, 크로즈루프 구간은 역기전력의 감지가 가능하여 회전자의 정상적인 제어가 실시되는 구간이다.
종래 180도 통전 방식은 BLDC 모터를 기동하기 위해서는 초기에 U상에 일정 시간동안 일정 크기의 전류을 인가하여 BLDC 모터의 회전자를 U상에 정렬시킨후 센스리스 제어를 통해 바로 기동을 시켰다. 즉, BLDC 모터의 회전자가 U상에 정렬한 상태에서 회전자의 위치를 0으로 가정하고, 이 위치를 기준위치로 하여 바로 센스 리스를 통하여 회전자의 위치를 통하여 모터의 속도를 제어한다.
이와 같은 방식으로 BLDC 모터의 속도를 제어할 경우, 초기 정렬시 모터가 높은 부하 상태이거나 모터 회전자의 위치가 기준위치에 정렬되지 않고, 기준위치 근처에 있을 경우에는 정렬이 완벽하게 되지 않는다. 이로 이러한 모터 회전자의 불완전한 초기 정렬 상태에서 모터를 센스리스 알고리즘으로 제어하게 되면, 모터 회전자의 초기 위치오차 때문에 모터 기동이 실패하는 문제점이 있다.
본 발명에 따른 센서리스 BLDC 모터의 기동방법은 초기기동시 정지상태를 포함한 저속영역에서는 모터에 공급되는 인가전류의 크기가 정격범위 내인 상태에서인가전류의 주파수를 증가시켜 모터의 속도가 증가하도록 제어하고, 모터의 속도가 저속영역의 상한 속도에 도달하면 인가전류의 주파수로 모터 속도를 제어하는 오픈루프 제어방법과 병행하여 센서리스 제어알고리즘을 이용하여 모터 회전자의 위치를 관측하며, 모터의 속도가 고속영영게 도달한 후에는 상기 관측된 모터 회전자의 위치에 기초하여 센서리스 제어알고리즘으로 절환하여 모터의 속도를 추정하여 제어함으로써, 모터 회전자의 초기 정렬오차나 고부하 상태에서도 모터의 기동을 가능하게 한다.
또한, 모터의 기동시 정지상태를 포함한 저속구간에서 전류제어없이 전압의 크기 및 주파수를 증가시켜 모터의 속도를 제어하는 경우에 모터에 과전류가 흐름으로써 발생하는 모터 및 제어회로의 손상을 방지한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 센서리스 BLDC 모터의 기동 장치는 모터의 구동전압을 제공하는 인버터의 온/오프를 제어하는 PWM제어부와; 지령속도에 기초한 인가전류의 주파수에 따라 상기 PWM제어부에 저속 제어신호를 출력하여 모터의 속도를 제어하는 전류/주파수 제어부와; 모터 지령속도와 모터 추정속도의 비교차에 기초하여 상기 PWM제어부에 고속 제어신호를 출력하여 모터의 속도를 제어하는 센서리스 제어부와; 모터의 속도에 따라 상기 전류/주파수 제어부 또는 상기 센서리스 제어부를 모터의 제어부로 선택하는 제어알고리즘 절환부를 포함한다.
상기 전류/주파수 제어부는 상기 모터에 인가되는 전류를 정격범위 내로 유지하는 것을 특징으로 한다.
상기 제어알고리즘 절환부는 모터의 속도가 저속영역에 해당하는 경우에는 상기 전류/주파수 제어부가 상기 모터의 속도를 제어하도록 선택하는 것을 특징으로 한다.
상기 제어알고리즘 절환부는 모터의 속도가 고속영역에 해당하는 경우에는 상기 센서리스 제어부가 상기 모터의 속도를 제어하도록 선택하는 것을 특징으로 한다.
모터가 저속영역과 고속영역의 사이에서 구동되는 경우에는 상기 전류/주파수 제어부가 상기 모터의 속도를 제어하고, 상기 센서리스 제어부가 상기 모터의 회전자의 위치를 관측하는 것을 특징으로 한다.
상기 제어알고리즘 절환부는 상기 모터 지령속도에 따라 상기 모터의 제어부를 선택하는 스위치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 전류/주파수 제어부는 모터가 정지상태를 포함한 저속영역 내에서 구동되는 동안 상기 인가전류의 주파수를 상기 모터 지령속도에 도달할때까지 증가시키는 것을 특징으로 한다.
상기 센서리스 제어부는 상기 모터의 속도가 상기 고속영역에 도달한 후에 상기 모터의 전류 및 전압에 기초한 상기 모터 추정속도와, 상기 모터 지령속도를 비교하여 상기 모터의 속도를 상기 지령속도에 따르도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기 모터는 180도 통전방식의 센서리스 BLDC 모터인 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 센서리스 BLDC 모터의 기동 방법은 지령속도에 따른 인가전류의 주파수에 따라 모터의 속도를 상승시키는 저속제어 단계와; 인가전압의 주파수에 따라 모터의 속도를 제어하고, 상기 모터의 회전자의 위치를 관측하는 병렬제어 단계와; 모터의 전류 및 전압으로 추정된 모터 추정속도와, 모터 지령속도의 비교차에 기초하여 상기 모터의 속도를 제어하는 고속제어 단계를 포함한다.
상기 저속제어 단계는, 저속영역에서 상기 지령속도에 따라 상기 인가전류의 주파수를 상승시키는 단계와; 상기 인가전류의 크기를 모터의 정격전류 내로 유지시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 병렬제어 단계는, 상기 모터의 속도가 상기 고속영역에 도달할 때까지, 상기 인가전류의 주파수를 증가시키는 단계와; 상기 모터의 전류 및 전압에 기초하여 상기 모터의 회전자의 위치를 관측하는 회전자 위치관측 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 고속제어 단계는, 상기 모터의 속도가 상기 고속영역에 도달하면, 상기 모터의 속도를 상기 모터 회전자의 관측 위치에 기초한 센서리스 제어로 절환하는 단계와; 상기 관측된 모터 회전자의 위치에 기초하여 상기 모터의 속도를 추정하여 제어하는 센서리서 제어단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 저속제어 또는 병렬제어 단계에서의 모터의 속도는 상기 인가전류의 주파수에 의하여 산출되는 것을 특징으로 한다.
BLDC 모터의 기동시 저속구간, 중속구간 및 고속구간으로 나누어 저속구간에서는 인가전류의 크기를 정격범위 내에서 유지하면서 인가전류의 주파수를 증가시켜 모터의 속도를 제어하고, 중속구간에서는 상기 저속구간에서와 동일한 방식으로 모터의 회전속도를 증가시키면서 아울러 센서리스 알고리즘으로 모터 회전자의 위치를 관측하고, 고속구간에서는 상기 저속구간에서 관측된 모터 회전자의 위치에 기초하여 센서리스 알고리즘으로만 모터의 회전자 속도를 추정하여 모터의 속도를 제어함으로써, 초기 정렬시 모터가 높은 부하 상태이거나 모터 회전자의 위치가 기준위치에 정렬되지 않고, 기준위치 근처에 있을 경우에는 정렬이 완벽하게 되지 않는 경우에도 모터의 기동 실패를 방지할 수 있다.
또한, 모터의 기동시 정지상태를 포함한 저속구간에서 전류제어없이 전압의 크기 및 주파수를 증가시켜 모터의 속도를 제어하는 경우에 모터에 과전류가 흐름으로써 발생하는 손상을 방지하여 모터의 내구성을 길게 할 수 있다.
이하에서는, 모터 기동시 모터의 속도에 따라 모터의 제어알고리즘을 달리하여 모터의 초기 위치가 정렬되지 않거나 모터가 과부하 상태에 있더라도 모터의 기동 실패를 방지하고, 또한 기동 초기시 모터에 과전류가 흐르는 것을 방지할 수 있 는 센서리스 BLDC 모터의 기동 장치 및 방법의 실시예를 도3 내지 도6을 참조하여 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 기동시 모터의 속도에 따라 기동 알고리즘을 달리하는 센서리스 BLDC 모터의 기동 장치에 대한 구성을 보인 블록도이고, 도 4는 센서리스 BLDC 모터의 속도가 고속영역에 도달하여 센서리스 알고리즘으로 모터의 속도 제어가 가능한 경우에 적용되는 센서리스 제어부의 구성을 간략하게 블록도로 도시한 것이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 센서리스 BLDC 모터 기동 장치는 상용전원(100)을 정류하여 직류전원으로 변환하는 정류부(110) 및 평활 커패시터(120)와, 상기 평활 커패시터(120)의 직류전압을 BLDC 모터(160)를 구동하는 주파수를 가진 전압으로 변환하는 인버터(130)와, 모터의 전류 및 전압을 검출하는 전류/전압 검출기(150)와, 상기 인버터의 스위칭을 제어하는 PWM제어부(200)와, 모터의 속도에 따라 모터(160)의 제어부를 선택하는 제어알고리즘 절환부(200)와, 상기 제어알고리즘 절환부(200)에 의해서 선택되어 상기 PWM제어부(140)를 제어하는 전류/주파수 제어부(300)와 센서리스 제어부(400)를 포함한다.
기동 초기에 전류/주파수 제어부(300)는 외부에서 입력되거나 미리 설정된 지령속도에 따라 인가전류의 주파수를 설정하여 정지상태에 있는 모터(160)가 상기 주파수와 동일한 속도로 회전하도록 인가전류의 주파수를 서서히 증가하도록 상기 PWM제어부(140)에 저속 제어신호를 출력한다.
보다 상세하게는, 상기 전류/주파수 제어부(300)는 정지상태에 있는 모 터(160)가 저속영역 내에서 서서히 기동하도록 지령속도를 기초로 상기 인가전류의 주파수를 상기 모터 지령속도에 도달할때까지 서서히 증가시킨다. 이 경우 상기 인가전류의 주파수는 상기 모터가 탈조하지 않고 충분히 상기 인가전류의 주파수에 따라갈수 있도록 서서히 증가된다.
상기 전류/주파수 제어부(300)는 상기 전압/전류 검출부(150)에 의해서 검출된 모터의 전류량에 따라 인가되는 전류를 정격범위 내에서 유지하는 것이 바람직하다. 이로써, 기동 초기에 과부하 등에 의하여 모터에 과전류가 흘러 모터가 손상을 입는 것을 방지할 수 있다.
저속영역에서는 전류/주파수 제어부(300)는 모터의 속도를 검출하여 모터의 속도가 저속영역의 상한속도인 제1속도에 도달했는 지를 검출하는 것이 아니라, 입력전류의 주파수를 모터의 속도로 판단한다. 즉, 저속영역에서는 모터의 전류는 피드백되지만, 모터의 속도는 피드백도지 않으므로 모터의 속도에 대해서는 오픈루프 제어방식이다.
고속영역에서는 센서리스 제어부(400)가 모터 지령속도와 모터 추정속도의 비교차에 기초하여 상기 PWM제어부(140)에 고속 제어신호를 출력하여 모터의 속도를 제어한다. 여기서, 고속영역에 해당하는 지는 상기 전류/주파수 제어부(300)가 인가전류의 주파수가 고속영역의 하한 속도인 제2속도에 도달했는 지로 판단한다.
상기 센서리스 제어부(400)는 상기 모터의 속도가 상기 고속영역에 도달한 후에 상기 모터의 전류 및 전압에 기초한 상기 모터 추정속도와, 상기 모터 지령속도를 비교하여 상기 모터의 속도를 상기 지령속도에 따르도록 제어한다.
보다 상세하게, 상기 센서리스 제어부(400)는 모터의 전류 및 전압에 기초하여 모터 회전자의 추정위치와, 모터의 추정속도를 생성하여 출력하는 주제어부(410)와, 상기 검출된 모터의 3상 전류를 입력받아 동기 좌표 전류인 q축 전류와 d축 전류로 변환하여 출력하는 전류변환기(420)와, 지령속도와 상기 모터의 추정속도를 비교하여 q축 지령전류를 생성하여 출력하는 속도제어기(430)와, 상기 q축 지령전류 및 d축 지령전류와, 상기 q축 전류 및 d축 전류에 기초하여 q축 지령전압 및 d축 지령전압을 생성하여 출력하는 전류제어기(440)와, 상기 q축 지령전압과 d축 지령전압을 동기 좌표상의 α축 지령전압와 축 지령전압으로 변환하여 출력하는 전압변환기(450)를 포함한다.
상기 전압변환기(450)에서 출력된 지령전압은 상기 PWM제어부(140)에 보내지고, 상기 PWM제어부(140)는 상기 모터(160)를 고속영역에서 구동하기 위하여 상기 인버터(130)의 스위칭을 제어한다.
결국, 상기 센서리스 제어부(400)는 상기 모터의 속도가 상기 고속영역에 도달한 후에 모터(160)에서 검출된 전류 및 전압에 기초한 추정속도와 상기 지령속도를 비교하여 상기 모터의 속도를 제어한다.
상기 제어알고리즘 절환부(200)는 모터의 속도에 기초하여 상기 모터(160)가 상기 전류/주파수 제어부(200)에 의하여 제어될지, 또는 상기 센서리스 제어부(400)에 의하여 제어될지를 선택한다.
보다 상세하게는, 상기 제어알고리즘 절환부(200)는 상기 모터의 속도가 저속영역에 해당하는 경우에는 상기 전류/주파수 제어부(300)를 선택하고, 상기 모터 의 속도가 고속영역에 해당하는 경우에는 상기 센서리스 제어부(400)를 선택한다.
상기 제어알고리즘 절환부(200)는 상기 모터의 속도가 저속영역과 고속영역의 사이에서 구동하는 경우에는 상기 전류/주파수 제어부(300)가 상기 모터의 속도를 제어하고, 상기 센서리스 제어부(400)가 상기 모터의 회전자의 위치를 관측하도록 한다.
상기 제어알고리즘 절환부(200)는 상기 모터의 속도에 따라 상기 모터의 제어부들(300,400) 가운데 어느 하는를 선택하는 스위치(210)를 포함한다.
상기 모터(160)는 180도 통전방식의 센서리스 BLDC 모터인 것이 바람직하다
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 기동시 모터의 속도에 따라 기동 알고리즘을 달리하여 센서리스 BLDC 모터를 기동하는 방법의 흐름도이고, 도 6은 본 발명에 따른 센서리스 BLDC 모터의 기동 방법으로 모터를 구동한 경우의 모터의 속도에 따른 적용 알고리즘이 절환되며, 저속영역에서는 인가전류의 크기의 제한됨을 도시한 것이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 센서리스 기동 방법은 지령속도에 따른 인가전류의 주파수에 따라 모터의 속도를 상승시키는 저속제어 단계(S10)와; 인가전압의 주파수에 따라 모터의 속도를 제어하고, 상기 모터의 회전자의 위치를 관측하는 병렬제어 단계(S20)와; 모터의 전류 및 전압으로 추정된 모터 추정속도와, 모터 지령속도의 비교차에 기초하여 상기 모터의 속도를 제어하는 고속제어 단계(S30)를 포함한다.
상기 저속제어 단계(S10)는 저속영역에서 상기 지령속도에 따라 상기 모 터(160)의 속도를 상기 인가전류의 주파수에 따르도록 서서히 상승시키고, 이와 아울러 상기 인가전류의 크기를 모터의 정격전류 내로 유지시킨다(S11). 이로써, 모터의 초기 기동시 과전류로 인한 손상을 방지한다.
상기 모터의 속도는 인가저류의 주파수로 판별하며(S12), 미리 설정된 저속영역의 상한 속도인 제1속도와 비교하여 모터의 제어단계를 병렬제어 단계(S20)로 수행할지 결정한다.(S13)
상기 병렬제어 단계(S20)는 상기 모터의 속도가 상기 고속영역의 하한 속도인 제2속도에 도달할 때까지 상기 인가전류의 크기를 모터의 정격전류 내로 제한하면서 상기 인가전류의 주파수를 서서히 증가시킨다.(S21) 이와 동시에 상기 모터의 전류 및 전압에 기초하여 상기 모터의 회전자의 위치를 관측하기 시작한다.(S22)
상기 모터의 속도는 저속제어 단계(S10)에서와 동일하게는 인가전류의 주파수로 판별하며(S23), 미리 설정된 고속영역의 하한 속도인 제2속도와 비교하여 모터의 제어단계를 고속제어 단계(S20)로 수행할지 결정한다.(S24)
상기 고속제어 단계(30)는 상기 모터의 속도가 상기 고속영역에 도달하면, 상기 모터의 속도를 상기 모터 회전자의 관측 위치에 기초한 센서리스 제어로 절환하고, 상기 관측된 모터 회전자의 위치에 기초하여 상기 모터의 속도를 추정하여 제어한다.
도 6은 본 발명에 따른 센서리스 BLDC 모터의 기동 방법으로 모터를 구동한 경우의 모터의 속도에 따른 적용 알고리즘의 변화를 도시한 것으로서, 시간변화에 대한 모터의 속도변화를 나타낸 것이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 모터의 속도를 저속구간인 제1구간에서는 오픈루프(Open Loop) 제어를 사용하여 BLDC 모터에 인가되는 전류의 주파수를 증가시켜 저속으로 구동시킨다. 모터의 속도가 일정 속도, 즉 저속영역과 고속영역의 사이인 제2구간에 도달하면 BLDC 모터를 오픈루프(Open Loop) 제어하여 속도를 증가시킴과 동시에 센스리스 알고리즘을 이용하여 단지 모터 회전자의 위치를 관측하기 시작한다.
이후, 모터 회전자가 좀더 빠른 일정 속도, 즉 고속영역인 제3구간에 도달하게 되면, 상기 제2구간에서 관측한 회전자 위치를 사용하여 센스리스 알고리즘으로 절환하여 BLDC 모터의 속도를 제어한다.
도 6에서 보여지는 바와 같이, 오픈루프 제어구간인 제1구간과 제2구간에는 전류의 크기가 일정크기로 제한되므로 기동 초기시 모터를 과전류로부터 보호할 수 있다.
이상에서, 본 발명은 본 발명의 실시예 및 첨부도면에 기초하여 예로 들어 상세하게 설명하였다. 그러나, 이상의 실시예들 및 도면에 의해 본 발명의 범위가 제한되지는 않으며, 본 발명의 범위는 후술한 특허청구범위에 기재된 내용에 의해서만 제한될 것이다.
도 1은 일반적인 센서리스 BLDC 모터의 구성을 개략적으로 도시한 블럭도이다.
도 2는 도 1의 센서리스 BLDC 모터의 제어장치의 구성을 개략적으로 도시한 블럭도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 기동시 모터의 속도에 따라 기동 알고리즘을 달리하는 센서리스 BLDC 모터의 기동 장치에 대한 구성을 보인 블록도이다.
도 4는 센서리스 BLDC 모터의 속도가 고속영역에 도달하여 센서리스 알고리즘으로 모터의 속도 제어가 가능한 경우에 적용되는 센서리스 제어부의 구성을 간략하게 블록도로 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 기동시 모터의 속도에 따라 기동 알고리즘을 달리하여 센서리스 BLDC 모터를 기동하는 방법의 흐름도이다.
도 6은 본 발명에 따른 센서리스 BLDC 모터의 기동 방법으로 모터를 구동한 경우의 모터의 속도에 따른 적용 알고리즘이 절환되며, 저속영역에서는 인가전류의 크기의 제한됨을 도시한 것이다.

Claims (14)

  1. 저속영역, 중속영역 및 고속영역 별로 모터의 속도를 제어하는 센서리스 BLDC 모터의 기동 장치에 있어서,
    상기 모터의 구동전압을 제공하는 인버터의 온/오프를 제어하는 PWM제어부와;
    지령속도에 기초한 인가전류의 주파수에 따라 상기 PWM제어부에 저속 제어신호를 출력하여 상기 모터의 속도를 제어하는 전류/주파수 제어부와;
    상기 모터의 지령속도와 상기 모터의 추정속도의 비교차에 기초하여 상기 PWM제어부에 고속 제어신호를 출력하여, 상기 모터의 속도를 제어하는 센서리스 제어부와;
    상기 모터의 속도에 따라 상기 전류/주파수 제어부 또는 상기 센서리스 제어부를 상기 모터의 제어부로 선택하는 제어알고리즘 절환부를 포함하되,
    상기 제어알고리즘 절환부는,
    상기 모터의 속도가 상기 저속영역에 해당하는 경우에는 상기 전류/주파수 제어부가 상기 모터의 속도를 제어하도록 선택하고,
    상기 모터의 속도가 상기 고속영역에 해당하는 경우에는 상기 센서리스 제어부가 상기 모터의 속도를 제어하도록 선택하고,
    상기 모터의 속도가 상기 저속영역과 상기 고속영역의 사이인 상기 중속영역에 해당하는 경우에는 상기 전류/주파수 제어부가 상기 모터의 속도를 제어하도록 선택하되, 상기 센서리스 제어부는 상기 모터의 회전자의 위치를 관측하는 것을 특징으로 하는 센서리스 BLDC 모터의 기동 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전류/주파수 제어부는,
    상기 모터에 인가되는 전류를 정격범위 내에서 유지하는 것을 특징으로 하는 센서리스 BLDC 모터의 기동 장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어알고리즘 절환부는,
    상기 지령속도에 따라 상기 모터의 제어부를 선택하는 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서리스 BLDC 모터의 기동 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 전류/주파수 제어부는,
    상기 모터가 정지상태를 포함한 저속영역 내에서 구동되는 동안 상기 인가전류의 주파수를 상기 지령속도에 도달할 때까지 증가시키는 것을 특징으로 하는 센서리스 BLDC 모터의 기동 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 센서리스 제어부는,
    상기 모터의 속도가 상기 고속영역에 도달한 후에 상기 모터의 전류 및 전압에 기초한 상기 추정속도와, 상기 지령속도를 비교하여 상기 모터의 속도를 상기 지령속도에 따르도록 제어하는 것을 특징으로 하는 센서리스 BLDC 모터의 기동 장치.
  9. 제 1 항에서,
    상기 모터는,
    180도 통전방식의 센서리스 BLDC 모터인 것을 특징으로 하는 센서리스 BLDC 모터의 기동 장치.
  10. 저속영역, 중속영역 및 고속영역 별로 모터의 속도를 제어하는 센서리스 BLDC 모터의 기동 방법에 있어서,
    상기 모터의 속도가 상기 저속영역에 해당하는 경우, 지령속도에 따른 인가전류의 주파수에 따라 상기 모터의 속도를 상승시키는 저속제어 단계와;
    상기 모터의 속도가 상기 저속영역과 상기 고속영역의 사이인 상기 중속영역에 해당하는 경우, 인가전압의 주파수에 따라 상기 모터의 속도를 제어하고, 상기 모터의 회전자의 위치를 관측하는 병렬제어 단계와;
    상기 모터의 속도가 상기 고속영역에 해당하는 경우, 상기 모터의 전류 및 전압으로 추정된 상기 모터의 추정속도와, 상기 모터의 지령속도의 비교차에 기초하여 상기 모터의 속도를 제어하는 고속제어 단계를 포함하되,
    상기 병렬제어 단계는,
    상기 모터의 속도가 상기 고속영역에 도달할 때까지, 상기 인가전류의 주파수를 증가시키는 단계와;
    상기 모터의 전류 및 전압에 기초하여 상기 모터의 회전자의 위치를 관측하는 회전자 위치관측 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서리스 BLDC 모터의 기동 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 저속제어 단계는,
    상기 저속영역에서 상기 지령속도에 따라 상기 인가전류의 주파수를 상승시키는 단계와;
    상기 인가전류의 크기를 상기 모터의 정격전류 내로 유지시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 센스리스 BLDC 모터의 기동 방법.
  12. 삭제
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 고속제어 단계는,
    상기 모터의 속도가 상기 고속영역에 도달하면, 상기 모터의 속도를 상기 모터 회전자의 관측 위치에 기초한 센서리스 제어로 절환하는 단계와;
    상기 관측된 모터 회전자의 위치에 기초하여 상기 모터의 속도를 추정하여 제어하는 센서리스 제어단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서리스 BLDC 모터의 기동 방법.
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 저속제어 또는 병렬제어 단계에서의 모터의 속도는 상기 인가전류의 주파수에 의하여 산출되는 것을 특징으로 하는 센서리스 BLDC 모터의 기동 방법.
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