KR101504026B1 - 모터 구동 제어 장치, 모터 구동 제어 방법 및 그를 이용한 모터 시스템 - Google Patents

모터 구동 제어 장치, 모터 구동 제어 방법 및 그를 이용한 모터 시스템 Download PDF

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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/14—Electronic commutators
    • H02P6/16—Circuit arrangements for detecting position
    • H02P6/18—Circuit arrangements for detecting position without separate position detecting elements
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Abstract

본 발명은 모터 구동 제어 장치, 모터 구동 제어 방법 및 그를 이용한 모터 시스템 시스템에 관한 것으로, 본 발명의 일 구현예에 따른 모터 구동 제어 장치는 모터 장치로부터 발생되는 역기전력을 검출하고, 상기 역기전력의 제로 크로스 포인트를 검출하는 제로 크로싱 검출부, 적어도 3회 이상 검출된 제로 크로스 포인트들에 대한 평균값을 산출하고, 현재 검출된 제로 크로스 포인트에 상기 평균값을 반영하여(Commutatiom Point, CP)을 결정하는 교차 지점 산출부 및 상기 교차 지점을 이용하여 상기 모터 장치의 상 전환을 제어하는 제어부를 포함한다.

Description

모터 구동 제어 장치, 모터 구동 제어 방법 및 그를 이용한 모터 시스템 {APPARATUS AND METHOD FOR MOTOR DRIVE CONTROL, AND MOTOR SYSTEM USING THE SAME}
본 발명은 모터 구동 제어 장치, 모터 구동 제어 방법 및 그를 이용한 모터 시스템에 관한 것이다.
모터 기술의 발전에 따라, 폭넓은 기술 분야에서 다양한 크기의 모터들이 사용되고 있다.
일반적으로, 모터는 영구자석과, 인가 전류에 따라 극성을 바꾸는 코일을 이용하여 회전자(Rotor)를 회전시켜 구동된다. 최초의 모터의 형태는 회전자에 코일을 구비한 브러시 타입의 모터가 존재하였으나, 모터의 구동에 의하여 브러시가 마모되거나 스파크가 발생하는 등의 문제점이 있다.
이로 인하여, 최근에는 다양한 형태의 브러시리스 모터의 사용이 범용적으로 이루어지고 있다. 브러시리스 모터는 브러시, 정류자 등의 기계적인 접촉 부를 없애고, 그대신 전자적인 정류기구를 이용하여 구동하는 직류 모터이다. 이러한 브러시리스 모터는, 통상적으로, 복수의 상에 대응되는 코일을 구비하여 각 코일의 상 전압에 의하여 자기력을 발생하는 고정자와, 영구자석으로 이루어져 상기 고정자의 자기력에 의하여 회전하는 회전자를 포함할 수 있다.
이러한 브러시리스 모터의 구동을 제어하기 위하여, 상 전압을 교차적으로 제공하기 위하여 회전자의 위치를 확인하는 것이 요구된다. 종래에는 이러한 회전자의 위치를 확인하기 위하여, 역기전력을 이용하여 회전자의 위치를 추정하였다. 이렇게 추정된 회전자의 위치를 기반으로 상 전환의 시점을 결정하였다.
그러나, 이와 같은 종래 기술의 경우, 특정 제로 크로스 포인트에 오차가 발생하는 경우, 상 전환 시점에도 그러한 오차가 그대로 반영되어 상 전환이 부정확해지는 문제점이 있다. 즉, 역기전력의 발생이나 검출 상에 오차가 발생하는 경우, 제로 크로스 포인트가 쉬프트되어 부정확하게 되게 되고, 이로 인하여 상 전환 시점에도 오류가 발생하게 되어 모터의 구동에 신뢰성이 낮아지는 한계가 발생하게 되었다.
하기의 선행기술문헌들은 이러한 모터 기술에 관한 것이나, 상술한 문제점을 해결하지 못하는 한계성을 가지고 있다.
일본 공개특허공보 제2012-060705호 일본 공개특허공보 제2012-080649호
본 발명의 과제는 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로써, 역기전력의 제로 크로싱 포인트에 대하여 소정의 평균값을 산출하고 이를 이용하여 교차 지점을 결정함으로써, 모터 장치의 구동을 정확하게 수행할 수 있는 모터 구동 제어 장치, 모터 구동 제어 방법 및 그를 이용한 모터 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 제1 기술적인 측면은 모터 구동 제어 장치를 제안한다. 상기 모터 구동 제어 장치는, 모터 장치로부터 발생되는 역기전력을 검출하고, 상기 역기전력의 제로 크로스 포인트를 검출하는 제로 크로싱 검출부, 적어도 3회 이상 검출된 제로 크로스 포인트들에 대한 평균값을 산출하고, 현재 검출된 제로 크로스 포인트에 상기 평균값을 반영하여 교차 지점(Commutatiom Point, CP)을 결정하는 교차 지점 산출부 및 상기 교차 지점을 이용하여 상기 모터 장치의 상 전환을 제어하는 제어부를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 제로 크로싱 검출부는, 상기 모터 장치의 복수의 상에 각각 연결되어, 상기 복수의 상 중 어느 하나의 상에서 발생하는 역기전력을 검출하는 역기전력 검출기 및 상기 역기전력이 기 설정된 값을 기준으로 역전하는 제로 크로싱 포인트를 검출하는 제로 크로싱 포인트 검출기를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 교차 지점 산출부는 가장 최근의 제로 크로스 포인트와 적어도 3회 이전의 제로 크로스 포인트의 평균을 산출하고, 산출된 평균값에 상기 가장 최근의 제로 크로스 포인트를 반영하여 상기 교차 지점을 결정할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 교차 지점 산출부는 상기 모터 장치의 1회전 전의 제로 크로스 포인트와, 현재의 제로 크로스 포인트의 평균을 이용하여 상기 교차 지점을 결정할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 교차 지점 산출부는 아래의 수식에 따라 교차 지점을 산출하고,
Figure 112013081811265-pat00001
여기에서, Tcp[p]은 현재의 교차 지점, Tzcp[p]은 현재의 제로 크로스 포인트, Tzcp[p-n]은 n회 이전의 제로 크로스 포인트이다.
일 실시예에서, 상기 교차 지점 산출부는, 검출된 상기 제로 크로스 포인트를 순차적으로 저장하는 저장기, 상기 저장기에서 가장 최근에 저장된 제1 제로 크로스 포인트와, n회 이전의 제로 크로스 포인트의 평균값을 산출하는 평균 산출기 및 상기 제1 제로 크로스 포인트와, 산출된 상기 평균값을 가산하여 교차 지점을 결정하는 교차 지점 산출기를 포함할 수 있다. 여기에서, 상기 n은 3 이상의 자연수이다.
일 실시예에서, 상기 제어부는 상기 교차 지점을 가상 홀 센서 신호로서 이용하고, 상기 가상 홀 센서 신호에 따라 상기 모터 장치의 복수의 상 중 적어도 일부에 제공되는 구동 전류를 변경하도록 제어할 수 있다.
본 발명의 제2 기술적인 측면은 모터 시스템을 제안한다. 상기 모터 시스템은, 구동 신호에 따라 회전 동작을 수행하는 모터 장치 및 상기 모터 장치로부터 검출되는 역기전력에 대하여 소정의 평균화 연산을 적용하고, 현재 검출된 제로 크로스 포인트에 평균화된 역기전력을 반영하여 상기 모터 장치의 상 전환 시점을 보정하는 모터 구동 제어 장치를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 모터 구동 제어 장치는, 모터 장치로부터 발생되는 역기전력을 검출하고, 상기 역기전력의 제로 크로스 포인트를 검출하는 제로 크로싱 검출부, 적어도 3회 이상 검출된 제로 크로스 포인트들에 대한 평균값을 산출하고, 현재 검출된 제로 크로스 포인트에 상기 평균값을 반영하여 교차 지점(Commutatiom Point, CP)을 결정하는 교차 지점 산출부 및 상기 교차 지점을 이용하여 상기 모터 장치의 상 전환을 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제로 크로싱 검출부는, 상기 모터 장치의 복수의 상에 각각 연결되어, 상기 복수의 상 중 어느 하나의 상에서 발생하는 역기전력을 검출하는 역기전력 검출기 및 상기 역기전력이 기 설정된 값을 기준으로 역전하는 제로 크로싱 포인트를 검출하는 제로 크로싱 포인트 검출기를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 교차 지점 산출부는 가장 최근의 제로 크로스 포인트와 적어도 3회 이전의 제로 크로스 포인트의 평균을 산출하고, 산출된 평균값에 상기 가장 최근의 제로 크로스 포인트를 반영하여 상기 교차 지점을 결정할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 교차 지점 산출부는 상기 모터 장치의 1회전 전의 제로 크로스 포인트와, 현재의 제로 크로스 포인트의 평균을 이용하여 상기 교차 지점을 결정할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 교차 지점 산출부는 아래의 수식에 따라 교차 지점을 산출하고,
Figure 112013081811265-pat00002
여기에서, Tcp[p]은 현재의 교차 지점, Tzcp[p]은 현재의 제로 크로스 포인트, Tzcp[p-n]은 n회 이전의 제로 크로스 포인트이다.
일 실시예에서, 상기 교차 지점 산출부는, 검출된 상기 제로 크로스 포인트를 순차적으로 저장하는 저장기, 상기 저장기에서 가장 최근에 저장된 제1 제로 크로스 포인트와, n회 이전의 제로 크로스 포인트의 평균값을 산출하는 평균 산출기 및 상기 제1 제로 크로스 포인트와, 산출된 상기 평균값을 가산하여 교차 지점을 결정하는 교차 지점 산출기를 포함할 수 있다. 여기에서, 상기 n은 3 이상의 자연수이다.
일 실시예에서, 상기 제어부는 상기 교차 지점을 가상 홀 센서 신호로서 이용하고, 상기 가상 홀 센서 신호에 따라 상기 모터 장치의 복수의 상 중 적어도 일부에 제공되는 구동 전류를 변경하도록 제어할 수 있다.
본 발명의 제3 기술적인 측면은 모터 구동 제어 방법을 제안한다. 상기 모터 구동 제어 방법은 모터 장치의 구동을 제어하는 모터 구동 제어 장치에서 수행된다. 상기 모터 구동 제어 방법은, 모터 장치로부터 발생되는 역기전력을 검출하고, 상기 역기전력의 제로 크로스 포인트를 검출하는 단계, 적어도 3회 이상 검출된 제로 크로스 포인트들에 대하여 평균을 적용하고, 현재 검출된 제로 크로스 포인트에 상기 평균을 반영하여 교차 지점을 결정하는 단계 및 상기 교차 지점에서 상기 모터 장치의 상을 전환하도록 상기 모터 장치를 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 교차 지점을 결정하는 단계는, 가장 최근의 제로 크로스 포인트와 적어도 3회 이전의 제로 크로스 포인트의 평균을 산출하고, 산출된 평균값에 상기 가장 최근의 제로 크로스 포인트를 반영하여 상기 교차 지점을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 교차 지점을 결정하는 단계는 아래의 수식에 따라 교차 지점을 산출하고,
Figure 112013081811265-pat00003
여기에서, Tcp[p]은 현재의 교차 지점, Tzcp[p]은 현재의 제로 크로스 포인트, Tzcp[p-n]은 n회 이전의 제로 크로스 포인트이다.
일 실시예에서, 상기 교차 지점을 결정하는 단계는, 검출된 상기 제로 크로스 포인트를 순차적으로 저장하는 단계, 가장 최근에 저장된 제1 제로 크로스 포인트와, n회 이전의 제로 크로스 포인트의 평균값을 산출하는 단계 및 상기 제1 제로 크로스 포인트와, 산출된 상기 평균값을 가산하여 교차 지점을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 의하면 역기전력의 제로 크로싱 포인트에 대하여 소정의 평균값을 산출하고 이를 이용하여 교차 지점을 결정함으로써, 모터 장치의 구동을 정확하게 수행할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 모터 시스템의 일 실시예를 설명하기 위한 구성도이다.
도 2는 제로 크로스 포인트 및 교차 지점을 도시하는 참고도이다.
도 3은 도 1의 제로 크로싱 검출부의 일 실시예를 설명하기 위한 구성도이다.
도 4는 도 1의 교차 지점 산출부의 일 실시예를 설명하기 위한 구성도이다.
도 5 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 교차 지점의 보정을 설명하기 위한 참고도이다.
도 8은 본 발명에 따른 모터 제어 방법의 일 실시예를 설명하기 위한 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다.
그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
본 발명에 참조된 도면에서 실질적으로 동일한 구성과 기능을 가진 구성요소들은 동일한 부호가 사용될 것이며, 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
또한, 이하에서는, 모터 기기는 모터 장치(200)로 칭하고, 모터 장치(200)를 구동하기 위한 모터 구동 제어 장치(100)와 모터 장치(200)를 포함하여 모터 시스템이라 칭하여 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 모터 시스템의 일 실시예를 설명하기 위한 구성도이다.
모터 구동 제어 장치(100)는 소정의 신호, 예컨대 구동 신호를 모터 장치(200)에 제공하여 모터 장치(200)의 회전 동작을 제어할 수 있다.
일 실시예에서, 모터 구동 제어 장치(100)는 모터 장치(200)로부터 검출되는 역기전력에 대하여 소정의 평균화 연산을 적용하고, 평균화된 역기전력을 이용하여 모터 장치(200)의 상 전환 시점을 보정할 수 있다.
모터 장치(200)는 구동 신호에 따라 회전 동작을 수행할 수 있다. 예를 들어, 인버터부(130)로부터 제공되는 구동 전류(구동 신호)에 의하여, 모터 장치(200)의 각 코일은 자기장을 발생시킬 수 있다. 이러한 코일들에서 발생하는 자기장에 의해 모터 장치(200)에 구비된 회전자가 회전할 수 있다.
더 상세히 설명하면, 모터 구동 제어 장치(100)는, 전원 공급부(110), 구동 신호 생성부(120), 인버터부(130), 제로 크로싱 검출부(140), 교차 지점 산출부(150) 및 제어부(160)를 포함할 수 있다.
전원 공급부(110)는 모터 구동 제어 장치(100)의 각 구성요소에 전원을 공급할 수 있다. 예를 들어, 전원 공급부(110)는 상용전원의 교류전압을 직류전압으로 변환하여 공급할 수 있다. 도시된 예에서, 표기된 점선은 전원 공급부(110)에서 공급되는 소정의 전원을 예시하는 것이다.
구동 신호 생성부(120)는 인버터부(130)가 구동 신호를 생성하도록 제어할 수 있다.
인버터부(130)는 모터 장치(200)에 구동 신호를 제공할 수 있다. 예를 들어, 인버터부(130)는 구동 신호 생성부(120)로부터 제공된 소정의 신호에 따라 직류 전압을 복수 상(예컨대 3상) 전압으로 변환할 수 있다. 인버터부(130)는 복수의 상에 각각 대응되는 모터 장치(200)의 복수의 코일들에, 복수의 상 전압을 각각 인가함으로써, 모터 장치(200)의 회전자가 동작하도록 할 수 있다.
제로 크로싱 검출부(140)는 모터 장치(200)에서 발생되는 역기전력을 검출하고, 역기전력의 제로 크로스 포인트를 검출할 수 있다.
교차 지점 산출부(150)는 적어도 3회 이상 검출된 제로 크로스 포인트들에 대한 평균값을 산출하고, 산출된 평균값을 이용하여 교차 지점(Commutatiom Point, CP)을 결정할 수 있다.
일 실시예에서, 교차 지점 산출부(150)는 가장 최근의 제로 크로스 포인트와 적어도 3회 이전의 제로 크로스 포인트의 평균을 산출하고, 산출된 평균값에 가장 최근의 제로 크로스 포인트를 반영하여 교차 지점을 결정할 수 있다.
일 실시예에서, 교차 지점 산출부(150)는 모터 장치(200)의 1회전 전의 제로 크로스 포인트와, 현재의 제로 크로스 포인트의 평균을 이용하여 교차 지점을 결정할 수 있다. 예를 들어, 3상 모터의 경우, 현재의 제로 크로스 포인트와, 6회 이전의 제로 크로스 포인트의 평균을 산출하고, 이를 현재의 제로 크로스 포인트에 반영하여 교차 지점을 산출할 수 있다.
일 실시예에서, 교차 지점 산출부(150)는 이하의 수학식 1에 따라 교차 지점을 산출할 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112013081811265-pat00004
여기에서, Tcp[p]은 현재의 교차 지점, Tzcp[p]은 현재의 제로 크로스 포인트, Tzcp[p-n]은 n회 이전의 제로 크로스 포인트이다.
이러한 교차 지점 산출부(150)에 대해서는, 도 4 내지 도 7을 참조하여 이하에서 보다 상세히 설명한다.
제어부(160)는 교차 지점 산출부(150)에서 결정된 교차 지점을 이용하여 모터 장치(200)의 상 전환을 제어할 수 있다. 제어부(160)는 교차 지점에서 상 전환이 발생하도록 구동 신호를 제어할 수 있다.
일 실시예에서, 제어부(160)는 교차 지점을 가상 홀 센서 신호로서 이용하고, 가상 홀 센서 신호에 따라 모터 장치(200)의 복수의 상 중 적어도 일부에 제공되는 구동 전류를 변경하도록 제어할 수 있다.
도 2는 일반적인 제로 크로스 포인트 및 교차 지점을 도시하는 참고도이다. 도 2의 모터 장치는 A상, B상 및 C상을 구비한 3상 모터를 예시하고 있다.
이하에서는, 도 2를 참조하여 일반적인 교차 지점의 결정 방법을 설명한다.
도 2에 도시된 실선은 모터 구동 제어 장치가 모터 장치에 제공하는, 각 상의 구동 신호이다. 예를 들어, PWM(Pulse-Width Modulation) 신호가 구동 신호로서 제공될 수 있다.
도시된 점선은 모터 장치의 구동에 의하여 각 상에 발생할 수 있는 역기전력을 도시하고 있다. 제로 크로스 포인트(ZCP)는 도시된 바와 같이 역기전력의 부호가 반전되는 지점이 될 수 있다.
도시된 예는 3상 모터이므로, 60도 단위를 기준으로 상 전환이 이루어질 수 있다. 따라서, 모터 구동 제어 장치는 검출된 제로 크로스 포인트(ZCP)에 30도를 부가하여 교차 지점(Commutation Point, CP)를 설정하고, 설정된 교차 지점(CP)에 따라 상 전환을 수행할 수 있다.
B상의 예를 보면, 제로 크로스 포인트(ZCP)가 검출되기 전 까지는 B상에 어떠한 구동 신호도 제공되지 않고 있다. B상에서 제로 크로스 포인트(ZCP)가 검출되면, 검출된 시점에서 30도를 부가하여 교차 지점(CP)를 계산하고, 교차 지점(CP)에서 B상의 구동 신호가 인가됨을 알 수 있다.
이와 같이, 일반적인 경우, 60도 단위로 상 전환이 이루어지면 이러한 60도의 절반을 기준으로 교차 지점(CP)을 결정하게 된다.
다만, 이와 같은 경우, 제로 크로스 포인트(ZCP)의 검출에서 오류가 발생하게 되면, 이러한 오류가 상 전환에도 영향을 미치게 된다.
본 발명은 이러한 오류를 방지하기 위하여 제로 크로스 포인트(ZCP)의 평균값을 이용할 수 있다.
이러한 본 발명의 다양한 실시예에 대하여, 도 3 내지 도 7을 참조하여 이하에서 보다 상세히 설명한다.
도 3은 도 1의 제로 크로싱 검출부(140)의 일 실시예를 설명하기 위한 구성도이다.
도 3을 참조하면, 제로 크로싱 검출부(140)는 역기전력 검출기(141) 및 제로 크로싱 검출기(142)를 포함할 수 있다.
역기전력 검출기(141)는 모터 장치(200)의 복수의 상에 각각 연결되어, 복수의 상 중 어느 하나의 상에서 발생하는 역기전력을 검출할 수 있다.
더 상세히 설명하면, 모터 장치(200)가 회전할 경우, 회전자의 회전에 의하여 고정자에 구비된 코일에 역기전력이 발생한다. 즉, 복수의 코일 중에서 상 전압이 인가되지 않은 코일에 역기전력이 발생하게 되고, 제로 크로싱 검출부(140)는 이와 같이 모터 장치(200)의 각 코일의 상 전압을 입력받고, 그 중에서 상 전압이 인가되지 않은 코일로부터 역기전력을 검출할 수 있다.
여기에서, 역기전력이 검출되는 상은 현재 구동 신호가 인가되지 않는 상이 된다. 예를 들어, a상, b상 및 c상을 구비한 3상 모터에서, a상에 + 신호가, c상에 - 신호가 인가된다고 가정할 때, b 상에서 역기전력이 검출될 수 있다. 이는, a상 및 b 상의 자기장에 의하여 회전자가 회전함에 따라, 어느 신호도 인가되지 않은 b 상에 소정의 기전력(역기전력)이 발생하게 되기 때문이다.
제로 크로싱 검출기(142)는 역기전력이 기 설정된 값을 기준으로 역전하는 제로 크로싱 포인트를 검출할 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 예의 경우, 제로 크로싱 검출기(142)는 양에서 음, 또는 음에서 양 값으로 역기전력의 값이 역전하는 경우 제로 크로스 포인트(ZCP)를 검출할 수 있다. 이는 도 2의 예에서는, 0값을 기준으로 제로 크로싱 포인트를 검출하고 있기 때문이다.
도 4는 도 1의 교차 지점 산출부(150)의 일 실시예를 설명하기 위한 구성도로서, 이하 도 4를 참조하여 교차 지점 산출부(150)의 일 실시예에 대하여 보다 상세히 설명한다.
도 4를 참조하면, 교차 지점 산출부(150)는 저장기(151), 평균 산출기(152) 및 교차 지점 산출기(153)를 포함할 수 있다.
저장기(151)는 제로 크로싱 검출부(140)에서 검출된 제로 크로스 포인트를 순차적으로 저장할 수 있다. 예를 들어, 저장기(151)는 소정의 저장 공간을 구비한 레지스터 등의 메모리 소자일 수 있다.
평균 산출기(152)는 저장기(151)에서 가장 최근에 저장된 제1 제로 크로스 포인트와, n회 이전의 제로 크로스 포인트의 평균값을 산출할 수 있다. n은 3 이상의 자연수일 수 있다.
여기에서, 평균 산출기(152)에 의하여 산출되는 평균값은, 교차 지점을 산출하는데 사용된다.
즉, 도 2에서 상술한 예의 경우, 현재의 제로 크로스 포인트(즉, 가산기에 가장 최근에 저장된 제로 크로스 포인트)에 30도를 부가하여 교차 지점을 산출하는 반면, 본 발명의 일 실시예에서는 현재의 제로 크로스 포인트에 평균 산출기(152)에서 산출된 평균값을 가산하여 교차 지점을 산출할 수 있다. 이는, 현재의 제로 크로스 포인트가 소정의 오차를 가진 경우라도, 교차 지점에 그러한 오차가 반영되지 않도록 보정하기 위함이다.
교차 지점 산출기(153) 현재의 제로 크로스 포인트와, 산출된 상기 평균값을 가산하여 교차 지점을 결정할 수 있다.
이하, 도 5 내지 도 7을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 교차 지점의 보정에 대하여 설명한다.
도 5는 3상 모터에서 일반적으로 적용되는 교차 지점(CP)을 결정하는 예를 도시하고 있다. 즉, 도 2를 참조하여 상술한 바와 같이, 60도 단위로 제로 크로스 포인트(ZCP1 내지 ZCP8)이 검출될 수 있고, 교차 지점(CP1 내지 CP7)은 각 제로 크로스 포인트(ZCP1 내지 ZCP8)에 30도를 추가하여 결정된다.
이와 같은 일반적인 방식의 경우, 제로 크로스 포인트에 오류가 존재하는 경우, 그러한 오류가 그대로 교차 지점에 반영되게 되며, 그로 인하여 상 전환의 제어에도 오류가 발생하게 된다.
도 6은 3상 모터에서 오류가 발생한 경우의 교차 지점(CP)을 도시하고 있다. 즉, 도 5에서 상술한 일반적인 방식의 경우, 도 6과 같은 오류가 발생할 수 있다.
도 6에서, 7번째 제로 크로스 포인트(ZCP 7')는 올바른 제로 크로스 포인트(ZCP 7)에 대하여 소정의 오차(a)를 가지고 있음을 알 수 있다.
따라서, 올바른 제로 크로스 포인트(ZCP 7)를 기준으로 하는 교차 지점(CP7)에서 실제로 상 전환이 이루어져야 하나, 오차를 가진 제로 크로스 포인트(ZCP 7')를 기준으로 교차 지점(CP 7')가 계산되어 도시된 바와 같이 교차 지점에서도 소정의 오차(a)가 유지되고 있음을 알 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 교차 지점(CP)을 결정하는 예를 도시하고 있다.
도 7에 도시된 예는, 상술한 n을 6으로 설정한 예를 도시하고 있다. 3상 모터의 경우 1회전에 6번의 제로 크로스 포인트가 검출되므로, 도 7의 예는 3상 모터의 1회전을 기준으로 평균화를 수행하는 예를 도시하고 있다.
도 7에서, 7번째 교차 지점(CP 7)을 계산하는 경우, 본 발명의 일 실시예에서는, 이전의 6회에 검출된 제로 크로스 포인트의 평균값을 산출하고 이를 가산함으로써, 오차를 보정할 수 있다.
즉, 수학식 1에서 상술한 예와 같이, ZCP1과 ZCP7의 값의 평균값을 산출하고, 이렇게 산출된 평균값을 현재의 ZCP7'에 가산함으로써, 보다 정확한 교차 지점 CP7'을 결정할 수 있다.
도 7에서는 하나의 오류만이 발생하는 경우를 예를 들어 설명하였으나, 제로 크로스 포인트의 검출에 오류가 다수 발생할수록 본 발명의 일 실시예는 보다 정확한 교차 지점을 산출할 수 있음은 자명하다. 즉, 제로 크로스 포인트에는 +오차가 -오차가 랜덤하게 발생할 수 있으므로, 본 발명의 일 실시예가 적용되는 경우 이러한 오차들에 대해서도 평균화가 이루어져 보다 정확한 교차 지점이 산출될 수 있다.
도 8은 본 발명에 따른 모터 제어 방법의 일 실시예를 설명하기 위한 순서도이다.
이하에서는, 도 8을 참조하여, 본 발명에 따른 모터 구동 제어 방법의 일 실시예를 설명한다. 본 발명에 따른 모터 구동 제어 방법의 일 실시예는 도 1 내지 도 7를 참조하여 상술한 모터 구동 제어 장치(100)에서 수행되므로, 상술한 설명과 동일하거나 그에 상응하는 내용에 대해서는 중복적으로 설명하지 아니한다.
도 1 및 도 8을 참조하면, 모터 구동 제어 장치(100)는 모터 장치(200)로부터 발생되는 역기전력을 검출하고, 역기전력의 제로 크로스 포인트를 검출할 수 있다(S810).
이후, 모터 구동 제어 장치(100)는 적어도 3회 이상 검출된 제로 크로스 포인트들에 대하여 평균을 적용하여 교차 지점을 결정할 수 있다(S820).
교차 지점이 결정되면, 모터 구동 제어 장치(100)는 교차 지점에서 모터 장치(200)의 상을 전환하도록 모터 장치(300)를 제어할 수 있다(S830).
단계 820에 대한 일 실시예에서, 모터 구동 제어 장치(100)는 가장 최근의 제로 크로스 포인트와 적어도 3회 이전의 제로 크로스 포인트의 평균을 산출할 수 있다. 이후, 모터 구동 제어 장치(100)는 산출된 평균값에 가장 최근의 제로 크로스 포인트를 반영하여 교차 지점을 결정할 수 있다.
단계 820에 대한 일 실시예에서, 교차 지점은 상술한 수학식 1에 의하여 산출될 수 있다.
단계 820에 대한 일 실시예에서, 모터 구동 제어 장치(100)는 검출된 제로 크로스 포인트를 순차적으로 저장할 수 있다. 모터 구동 제어 장치(100)는 가장 최근에 저장된 제1 제로 크로스 포인트와, n회 이전의 제로 크로스 포인트의 평균값을 산출할 수 있다. 이후, 모터 구동 제어 장치(100)는 제1 제로 크로스 포인트와, 산출된 평균값을 가산하여 교차 지점을 결정할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고 후술하는 특허청구범위에 의해 한정되며, 본 발명의 구성은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 그 구성을 다양하게 변경 및 개조할 수 있다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 쉽게 알 수 있다.
100 : 모터 구동 제어 장치
110 : 전원 공급부
120 : 구동 신호 생성부
130 : 인버터부
140 : 제로 크로싱 검출부
141 : 역기전력 검출기
142 : 제로 크로싱 검출기
150 : 교차 지점 산출부
151 : 저장기
152 : 평균 산출기
153 : 교차 지점 산출기
160 : 제어부
200 : 모터 장치

Claims (19)

  1. 모터 장치로부터 발생되는 역기전력을 검출하고, 상기 역기전력의 제로 크로스 포인트를 검출하는 제로 크로싱 검출부;
    적어도 3회 이상 검출된 제로 크로스 포인트들에 대한 평균값을 산출하고, 현재 검출된 제로 크로스 포인트에 상기 평균값을 반영하여(Commutatiom Point, CP)을 결정하는 교차 지점 산출부; 및
    상기 교차 지점을 이용하여 상기 모터 장치의 상 전환을 제어하는 제어부; 를 포함하는 모터 구동 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제로 크로싱 검출부는
    상기 모터 장치의 복수의 상에 각각 연결되어, 상기 복수의 상 중 어느 하나의 상에서 발생하는 역기전력을 검출하는 역기전력 검출기; 및
    상기 역기전력이 기 설정된 값을 기준으로 역전하는 제로 크로싱 포인트를 검출하는 제로 크로싱 포인트 검출기; 를 포함하는 모터 구동 제어 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 교차 지점 산출부는
    가장 최근의 제로 크로스 포인트와 적어도 3회 이전의 제로 크로스 포인트의 평균을 산출하고, 산출된 평균값에 상기 가장 최근의 제로 크로스 포인트를 반영하여 상기 교차 지점을 결정하는 모터 구동 제어 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 교차 지점 산출부는
    상기 모터 장치의 1회전 전의 제로 크로스 포인트와, 현재의 제로 크로스 포인트의 평균을 이용하여 상기 교차 지점을 결정하는 모터 구동 제어 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 교차 지점 산출부는
    아래의 수식에 따라 교차 지점을 산출하고,
    Figure 112013081811265-pat00005

    여기에서, Tcp[p]은 현재의 교차 지점, Tzcp[p]은 현재의 제로 크로스 포인트, Tzcp[p-n]은 n회 이전의 제로 크로스 포인트인 모터 구동 제어 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 교차 지점 산출부는
    검출된 상기 제로 크로스 포인트를 순차적으로 저장하는 저장기;
    상기 저장기에서 가장 최근에 저장된 제1 제로 크로스 포인트와, n회 이전의 제로 크로스 포인트의 평균값을 산출하는 평균 산출기; 및
    상기 제1 제로 크로스 포인트와, 산출된 상기 평균값을 가산하여 교차 지점을 결정하는 교차 지점 산출기; 를 포함하고,
    상기 n은 3 이상의 자연수인 모터 구동 제어 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 교차 지점을 가상 홀 센서 신호로서 이용하고, 상기 가상 홀 센서 신호에 따라 상기 모터 장치의 복수의 상 중 적어도 일부에 제공되는 구동 전류를 변경하도록 제어하는 모터 구동 제어 장치.
  8. 구동 신호에 따라 회전 동작을 수행하는 모터 장치; 및
    상기 모터 장치로부터 검출되는 역기전력에 대하여 소정의 평균화 연산을 적용하고, 현재 검출된 제로 크로스 포인트에 평균화된 역기전력을 반영하여 교차 지점(Commutatiom Point, CP)을 결정하는 모터 구동 제어 장치; 를 포함하는 모터 시스템.
  9. 제8항에 있어서, 상기 모터 구동 제어 장치는
    모터 장치로부터 발생되는 역기전력을 검출하고, 상기 역기전력의 제로 크로스 포인트를 검출하는 제로 크로싱 검출부;
    적어도 3회 이상 검출된 제로 크로스 포인트들에 대한 평균값을 산출하고, 현재 검출된 제로 크로스 포인트에 상기 평균값을 반영하여(Commutatiom Point, CP)을 결정하는 교차 지점 산출부; 및
    상기 교차 지점을 이용하여 상기 모터 장치의 상 전환을 제어하는 제어부; 를 포함하는 모터 시스템.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제로 크로싱 검출부는
    상기 모터 장치의 복수의 상에 각각 연결되어, 상기 복수의 상 중 어느 하나의 상에서 발생하는 역기전력을 검출하는 역기전력 검출기; 및
    상기 역기전력이 기 설정된 값을 기준으로 역전하는 제로 크로싱 포인트를 검출하는 제로 크로싱 포인트 검출기; 를 포함하는 모터 시스템.
  11. 제9항에 있어서, 상기 교차 지점 산출부는
    가장 최근의 제로 크로스 포인트와 적어도 3회 이전의 제로 크로스 포인트의 평균을 산출하고, 산출된 평균값에 상기 가장 최근의 제로 크로스 포인트를 반영하여 상기 교차 지점을 결정하는 모터 시스템.
  12. 제11항에 있어서, 상기 교차 지점 산출부는
    상기 모터 장치의 1회전 전의 제로 크로스 포인트와, 현재의 제로 크로스 포인트의 평균을 이용하여 상기 교차 지점을 결정하는 모터 시스템.
  13. 제9항에 있어서, 상기 교차 지점 산출부는
    아래의 수식에 따라 교차 지점을 산출하고,
    Figure 112013081811265-pat00006

    여기에서, Tcp[p]은 현재의 교차 지점, Tzcp[p]은 현재의 제로 크로스 포인트, Tzcp[p-n]은 n회 이전의 제로 크로스 포인트인 모터 시스템.
  14. 제9항에 있어서, 상기 교차 지점 산출부는
    검출된 상기 제로 크로스 포인트를 순차적으로 저장하는 저장기;
    상기 저장기에서 가장 최근에 저장된 제1 제로 크로스 포인트와, n회 이전의 제로 크로스 포인트의 평균값을 산출하는 평균 산출기; 및
    상기 제1 제로 크로스 포인트와, 산출된 상기 평균값을 가산하여 교차 지점을 결정하는 교차 지점 산출기; 를 포함하고,
    상기 n은 3 이상의 자연수인 모터 시스템.
  15. 제9항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 교차 지점을 가상 홀 센서 신호로서 이용하고, 상기 가상 홀 센서 신호에 따라 상기 모터 장치의 복수의 상 중 적어도 일부에 제공되는 구동 전류를 변경하도록 제어하는 모터 시스템.
  16. 모터 장치의 구동을 제어하는 모터 구동 제어 장치에서 수행되는 모터 구동 제어 방법에 있어서,
    모터 장치로부터 발생되는 역기전력을 검출하고, 상기 역기전력의 제로 크로스 포인트를 검출하는 단계;
    적어도 3회 이상 검출된 제로 크로스 포인트들에 대하여 평균을 적용하고, 현재 검출된 제로 크로스 포인트에 상기 평균을 반영하여 교차 지점을 결정하는 단계; 및
    상기 교차 지점에서 상기 모터 장치의 상을 전환하도록 상기 모터 장치를 제어하는 단계; 를 포함하는 모터 구동 제어 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 교차 지점을 결정하는 단계는
    가장 최근의 제로 크로스 포인트와 적어도 3회 이전의 제로 크로스 포인트의 평균을 산출하고, 산출된 평균값에 상기 가장 최근의 제로 크로스 포인트를 반영하여 상기 교차 지점을 결정하는 단계; 를 포함하는 모터 구동 제어 방법.
  18. 제16항에 있어서, 상기 교차 지점을 결정하는 단계는
    아래의 수식에 따라 교차 지점을 산출하고,
    Figure 112013081811265-pat00007

    여기에서, Tcp[p]은 현재의 교차 지점, Tzcp[p]은 현재의 제로 크로스 포인트, Tzcp[p-n]은 n회 이전의 제로 크로스 포인트인 모터 구동 제어 방법.
  19. 제16항에 있어서, 상기 교차 지점을 결정하는 단계는
    검출된 상기 제로 크로스 포인트를 순차적으로 저장하는 단계;
    가장 최근에 저장된 제1 제로 크로스 포인트와, n회 이전의 제로 크로스 포인트의 평균값을 산출하는 단계; 및
    상기 제1 제로 크로스 포인트와, 산출된 상기 평균값을 가산하여 교차 지점을 결정하는 단계; 를 포함하는 모터 구동 제어 방법.
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