KR101650803B1 - 영구자석 모터의 회전자 포지션을 결정하는 방법 - Google Patents

영구자석 모터의 회전자 포지션을 결정하는 방법 Download PDF

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Abstract

영구자석 모터의 회전자의 포지션을 결정하는 방법. 본 방법은 모터의 권선을 순차적으로 여기하고 프리휠링하는 것을 포함한다. 권선은 전류 한계를 초과하는 권선 내의 전류에 응답하여 프리휠링 기간 동안 프리휠링된다. 이 방법은 프리휠링 기간의 끝에서의 상기 권선 내의 전류의 크기 및 상기 프리휠링 기간의 시작 또는 끝 및 상기 권선 내의 전류가 상기 전류 한계를 초과하는 시간 사이의 간격 중 하나에 대응하는 파라미터를 측정하는 단계를 더 포함한다. 그러면, 측정된 파라미터는 임계에 대하여 비교되고, 측정된 파라미터가 상기 임계보다 적거나 또는 큰 경우 회전자가 선결정된 포지션에 있다고 결정된다.

Description

영구자석 모터의 회전자 포지션을 결정하는 방법{METHOD OF DETERMINING THE ROTOR POSITION OF A PERMANENT-MAGNET MOTOR}
본 발명은 회전자 영구자석 모터의 포지션을 결정하는 방법에 관련된다.
회전자 포지션의 지식은 정확한 시점에 무브러시 모터의 상 권선을 정류(commutate)하기 위하여 필수적이다. 영구자석 모터는 흔히 홀-효과 센서를 포함하는데, 이것은 회전자 포지션을 나타내는 신호를 출력한다. 비록 센서의 컴포넌트 비용이 상대적으로 저렴하지만, 센서를 모터 내에 통합시키는 것은 흔히 모터의 디자인 및 제조를 복잡하게 만든다. 추가적으로, 센서에 의하여 출력되는 신호는 흔히 모터 내에서 생성되는 전자기 노이즈에 노출될 수 있다.
회전자의 포지션을 간접적으로 결정하기 위한 무센서 방식이 공지된다. 영구자석 모터에 대하여, 상 권선 내에 유도된 역 EMF의 극성에서의 천이가 회전자 포지션을 결정하기 위하여 사용될 수도 있다. 다중-상 모터에 대하여, 회전자 포지션은 비-여기된 상 권선 내에 여기된 역 EMF를 감지함으로써 결정될 수도 있다. 단일-상 모터에 대하여, 추가적 상 권선이 부족하다는 것은 이러한 타입의 제어를 불가능하게 한다. 그럼에도 불구하고, 회전자의 포지션은 역 EMF의 극성에서의 천이가 기대되는 전기적 사이클에서의 포인트에서의 여기를 정지함으로써 결정될 수도 있다. 불행하게도, 여기를 정지하는 것은 모터로 공급될 수 있는 전력을 감소시키는 단점을 가진다.
본 발명은 영구 자석 모터의 회전자의 포지션을 결정하는 방법으로서, 상기 모터의 권선을 순차적으로 여기하고 프리휠링하는 단계로서, 상기 권선은 상기 권선 내의 전류가 전류 한계를 초과하는 것에 응답하여 선결정된 프리휠링 기간 동안 프리휠링되는, 단계; 상기 프리휠링 기간의 끝에서의 상기 권선 내의 전류의 크기 및 상기 프리휠링 기간의 시작 또는 끝 및 상기 권선 내의 전류가 상기 전류 한계를 초과하는 시간 사이의 간격 중 하나에 대응하는 파라미터를 측정하는 단계; 측정된 파라미터를 임계에 대하여 비교하는 단계: 및 측정된 파라미터가 상기 임계보다 적거나 또는 큰 것 중 하나인 경우 상기 회전자가 선결정된 포지션에 있다고 결정하는 단계를 포함한다.
영구자석 모터의 회전자는 권선 내에 역 EMF를 유도하는데, 이것이 권선 내의 전류가 프리휠링 도중에 하강하고 여기 도중에 상승하는 레이트에 영향을 준다. 본 출원인은, 프리휠링의 시작 또는 끝 및 전류가 전류 한계를 초과하는 시간 사이의 간격이 회전자의 각 포지션에 의존한다는 것을 발견했다. 특히, 이 간격은 회전자가 미정렬 포지션으로부터 정렬 포지션으로 이동할 때에 증가하고 후속하여 감소한다. 본 출원인은 또한 프리휠링의 끝에서의 권선 내의 전류의 크기가 회전자의 각 포지션에 의존한다는 것을 발견했다. 특히, 전류의 크기는 회전자가 미정렬 포지션으로부터 정렬 포지션으로 이동할 때에 감소하고 후속하여 증가한다. 이에 따라, 이 간격 또는 프리휠링의 끝에서의 상 전류의 크기를 측정하고 이것을 임계에 대하여 비교함으로써, 회전자에 대한 선결정된 포지션이 홀-효과 센서에 대한 필요성이 없이 결정될 수도 있다.
회전자 포지션은 순차적으로 여기되고 프리휠링되는 권선 내의 전류에 관련되는 파라미터를 측정함으로써 결정된다. 그러므로 동일한 권선을 사용하여 모터를 구동하고 회전자의 포지션을 결정하는 것 모두가 가능하다. 결과적으로, 이 방법은 단상 모터를 제어하기 위하여 채용될 수도 있다. 이 방법은 회전자 포지션을 결정하기 위하여 상 여기가 정지될 것을 요구하지 않는다. 이에 상응하여, 단상 모터의 무센서 제어를 위한 현존하는 방법과 비교하여, 각 전기적 하프-사이클 동안에 더 많은 전력이 모터로 공급될 수도 있다.
회전자가 선결정된 포지션에 있다고 결정한 이후에, 회전자의 포지션은 여전히 선결정된 포지션에 있거나 그 근처에 있을 수도 있다. 결과적으로, 파라미터가 계속하여 측정되고 임계에 대하여 비교된다면, 다른 선결정된 포지션이 동일한 실제 선결정된 포지션에 대하여 결정될 수도 있다. 이에 상응하여, 선결정된 포지션이 결정된 바 있는 이후에, 서스펜션 기간 동안 파라미터의 측정 및/또는 비교가 정지될 수도 있다. 그러면 이것은 다른 포지션이 동일한 실제 선결정된 포지션에 대하여 결정되는 것을 방지한다.
모터의 속도가 증가함에 따라, 각각의 전기적 하프-사이클의 길이는 감소한다. 결과적으로, 고정된 서스펜션 기간은 적합하지 않을 수도 있으며, 특히 모터의 속도 범위가 상대적으로 클 때에 그러하다. 이에 상응하여, 이 방법은 모터의 속도에서의 변화에 응답하여 서스펜션 기간을 조절하는 단계를 포함할 수도 있다. 특히, 이 방법은 모터의 속도에서의 증가에 응답하여 서스펜션 기간을 감소시키는 단계를 포함할 수도 있다.
임계에 대하여 선택된 값은 선결정된 포지션이 결정되는 정확도에 영향을 줄 수도 있다. 예를 들어, 측정되는 파라미터는 프리휠링의 시작 또는 끝 및 상 전류가 전류 한계를 초과하는 시간 사이의 간격일 수도 있다. 만일 임계가 너무 높게 설정된다면, 선결정된 포지션은 더 이른 포인트에서 결정될 것이며, 특히 더 낮은 회전자 속도에서는 그러할 것이다. 반면에, 만일 임계가 너무 낮게 설정된다면, 선결정된 포지션은 더 늦은 포인트에서 결정될 것이며, 특히 더 높은 회전자 속도에서는 그러할 것이다. 그러므로 이 방법은 모터의 속도에서의 변화에 응답하여 임계를 조절하는 단계를 포함할 수도 있다. 특히, 측정되는 중인 파라미터는 프리휠링 기간의 시작 또는 끝 및 상기 권선 내의 전류가 상기 전류 한계를 초과하는 시간 사이의 간격이고, 이 방법은 모터의 속도에서의 증가에 응답하여 임계를 증가시키는 단계를 포함할 수도 있다. 반대로, 측정되는 중인 파라미터는 프리휠링의 끝에서의 상 전류의 크기이고, 이 방법은 모터의 속도에서의 증가에 응답하여 임계를 감소시키는 것을 포함할 수도 있다. 결과적으로, 선결정된 포지션은 모터 속도의 범위에 걸쳐 개선된 정확도로써 결정될 수도 있다.
전류가 권선 내에서 증가하는 레이트는 여기 전압의 크기에 의존한다. 특히, 여기 전압이 증가함에 따라, 전류가 상승하는 레이트가 증가한다. 결과적으로, 측정되는 파라미터가 프리휠링의 시작 또는 끝 및 상 전류가 전류 한계를 초과하는 시간 사이의 간격인 경우에, 간격의 길이가 감소한다. 만일 동일한 임계가 채용된다면, 여기 전압에서의 변화는 선결정된 포지션이 더 이른 포인트에서(만일 여기 전압이 증가한다면) 또는 더 늦은 포인트에서(만일 여기 전압이 감소한다면) 결정되도록 야기할 수도 있다. 이에 상응하여, 이 방법은 상 권선을 여기하기 위하여 사용되는 여기 전압의 크기에 의존하여 임계를 채용하는 것을 포함할 수도 있다. 특히, 이 방법은 더 높은 여기 전압에 대하여 더 낮은 임계를 채용하는 것을 포함할 수도 있다. 결과적으로, 회전자의 포지션은 상이한 여기 전압에 대하여 더 양호하게 결정될 수도 있다.
회전자가 선결정된 포지션에 있다고 결정하는 것에 응답하여, 이 방법은 권선을 정률(commutating)하는 단계를 포함할 수도 있다. 정류는 회전자가 선결정된 포지션에 있다고 결정할 때에 즉시 발생할 수도 있다. 대안적으로는, 정류는 회전자가 선결정된 포지션에 있다고 결정한 이후에 소정 시간 기간 동안 지연될 수도 있다. 양자의 실례에서, 권선은 선결정된 포지션이 결정되는 순간에 상대적인 시간에서 정류된다.
또한 본 발명은 무브러시 영구자석 모터용 제어 시스템을 제공하는데, 이 제어 시스템은 앞선 문단들 중 임의의 하나에 따른 방법을 수행한다.
본 발명은 무브러시 영구자석 모터를 포함하는 모터 시스템 및 앞선 문단에 따른 제어 시스템을 더 제공한다.
모터는 단상 권선을 포함할 수도 있다. 그러면 이것은 모터의 제어를 간략하게 하는 장점을 가진다. 결과적으로, 상대적으로 간단하고 저렴한 제어 시스템이 이 방법을 구현하기 위하여 채용될 수도 있다. 순차적으로 여기되고 프리휠링되는 권선 내의 전류에 관련되는 파라미터를 측정할 때, 제어어 시스템은 회전자의 포지션을 동시에 구동하고 결정할 수 있다. 이에 상응하여, 단상 모터의 무센서 제어가 전력을 희생시키지 않고서 획득될 수도 있다.
본 발명이 더 용이하게 이해될 수도 있게 하기 위하여, 본 발명의 실시예는 이제 첨부 도면들을 참조하여 예를 들어서 설명될 것이다:
도 1 은 본 발명에 실시예에 따르는 모터 시스템의 블록도이다;
도 2 는 모터 시스템의 회로도이다;
도 3 은 모터 시스템의 제어기에 의하여 이슈된 제어 신호에 응답하여 인버터의 허용된 상태를 상세화한다;
도 4 는 가속도 모드 내에서 상대적으로 저속에서 동작하고 있는 때의 모터 시스템의 다양한 파형을 예시한다;
도 5 는 가속도 모드 내에서 상대적으로 고속에서 동작하고 있는 때의 모터 시스템의 다양한 파형을 예시한다;
도 6 은 모터 시스템의 역 EMF 센서의 회로도이다;
도 7 은 정상 상태 모드 내에서 동작하고 있는 때의 모터 시스템의 다양한 파형을 예시한다;
도 8 은 모터 시스템의 대안적 역 EMF 센서의 회로도이다; 그리고
도 9 는 본 발명에 실시예에 따르는 대안적 모터 시스템의 회로도이다;
도 10 은 정상 상태 모드 내에서 동작하고 있는 때의 대안적 모터 시스템의 다양한 파형을 예시한다;
도 11 은 본 발명에 실시예에 따르는 다른 대안적 모터 시스템의 회로도이다;
도 12 는 정상 상태 모드 내에서 동작하고 있는 때의 다른 대안적 모터 시스템의 다양한 파형을 예시한다; 그리고
도 13 은 가속도 모드 내에서 상대적으로 저속에서 동작하고 있는 때의 본 발명에 따른 또 다른 모터 시스템의 다양한 파형을 예시한다.
도 1 및 도 2 의 모터 시스템(1)은 DC 전력 공급부(2)에 의하여 전력공급되며, 무브러시 모터(3) 및 제어 시스템(4)을 포함한다.
모터(3)는 4극 고정자(6)에 상대적으로 회전하는 4극 영구자석 회전자(5)를 포함한다. 도전성 와이어가 고정자(6) 주위에 권선되고 서로 커플링되어(예를 들어 직렬로 또는 병렬로) 단상 권선(7)을 형성한다.
제어 시스템(4)은 DC 링크 필터(8), 인버터(9), 게이트 드라이버 모듈(10), 전류 센서(11), 역 EMF 센서(12), 및 제어기(13)를 포함한다.
DC 링크 필터(8)는 인버터(9)의 스위칭으로부터 대두되는 상대적으로 고-주파수 리플을 평활화하는 커패시터(C1)를 포함한다.
인버터(9)는 DC 링크 전압을 상 권선(7)으로 커플링하는 4 개의 전력 스위치(Q1-Q4)의 풀 브리지를 포함한다. 스위치(Q1-Q4)의 각각은 프리휠링 다이오드를 포함한다.
게이트 드라이버 모듈(10)은 제어기(13)로부터 수신된 제어 신호에 응답하여 스위치(Q1-Q4)의 개폐를 구동한다.
전류 센서(11)는 인버터(9)의 음의 레일 상에 위치된 감지 저항(R1)을 포함한다. 전류 센서(11) 양단의 전압은 전력 공급부(2)에 연결될 때 상 권선(7) 내의 전류의 측정을 제공한다. 전류 센서(11) 양단의 전압은 전류 감지 신호(I_SENSE)로서 역 EMF 센서(12) 및 제어기(13)로 출력된다.
역 EMF 센서(12)는 제어기(13)로 출력되는 디지털 신호(BEMF)를 생성한다. 역 EMF 센서(12)의 더 상세한 설명은 정상-상태 모드라고 명명된 섹션에서 아래에 제공된다.
제어기(13)는 프로세서, 메모리 디바이스, 및 복수 개의 주변 장치(예를 들어 ADC, 비교기, 타이머 등)를 가진 마이크로콘트롤러를 포함한다. 메모리 디바이스는 프로세서에 의한 실행을 위한 명령, 및 프로세서에 의하여 사용되기 위한 제어 파라미터(예를 들어 전류 한계, 상승-시간 임계, 속도 임계, 프리휠링 기간, 앞선(advance) 기간, 통전 기간 등)를 저장한다. 제어기(13)는 모터 시스템(1)의 동작을 담당하고 3 개의 제어 신호: DIR1, DIR2, 및 FW#을 생성한다. 제어 신호는 게이트 드라이버 모듈(10)로 출력되고, 이것은 이에 응답하여 인버터(9)의 스위치(Q1-Q4)의 개폐를 구동한다.
DIR1 및 DIR2는 인버터(9)를 통과하는 그리고 따라서 상 권선(7)을 통과하는 전류의 방향을 제어한다. DIR1이 논리적으로 하이로 풀링되고 DIR2가 논리적으로 로우로 풀링되면, 게이트 드라이버 모듈(10)은 스위치 Q1 및 Q4를 닫고 스위치 Q2 및 Q3을 개방하며, 따라서 전류가 좌에서 우로 상 권선(7)을 통하여 구동되도록 야기한다. 반대로, DIR2가 논리적으로 하이로 풀링되고 DIR1이 논리적으로 로우로 풀링되면, 게이트 드라이버 모듈(10)은 스위치 Q2 및 Q3를 닫고 스위치 Q1 및 Q4를 개방하며, 따라서 전류가 우에서 좌로 상 권선(7)을 통하여 구동되도록 야기한다. 그러므로 상 권선(7) 내의 전류는 DIR1 및 DIR2를 반전시킴으로써 정류된다. DIR1 및 DIR2 모두가 논리적으로 로우로 풀링된다면, 게이트 드라이브 모듈(10)은 모든 스위치(Q1-Q4)를 개방한다.
FW#은 상 권선(7)을 DC 링크 전압으로부터 차단하고 상 권선(7) 내의 전류가 인버터(9)의 하측 루프 주위로 프리휠링하도록 야기하기 위하여 사용된다. 이에 상응하여, 논리적으로 로우로 풀링되는 FW# 신호에 응답하여, 게이트 드라이버 모듈(10)은 높은-측 스위치(Q1, Q3)가 개방되게 한다.
각각의 전력 스위치(Q1-Q4)는 오직 한 방향으로만 통전한다. 결과적으로, 전류는 하측 스위치(Q2, Q4) 중 하나를 통하여 그리고 다른 하측 스위치(Q2, Q4)의 프리휠링 다이오드를 통하여 프리휠링한다. 전력 스위치(예를 들어 MOSFET)의 특정 타입은 양방향으로 통전할 수 있다. 이에 상응하여, 프리휠링 다이오드를 통하여 프리휠링하는 것이 아니라, 양자의 하측 스위치(Q2, Q4)는 닫힘으로써 전류가 양자의 하측 스위치(Q2, Q4)를 통하여 프리휠링하게 할 수도 있으며, 즉 양자의 높은-측 스위치(Q1, Q3)를 개방하는 것에 추가하여, 양자의 하측 스위치(Q2, Q4)는 논리적으로 로우인 FW# 신호에 응답하여 닫힌다.
도 3 은 제어기(13)의 제어 신호에 응답하는 스위치(Q1-Q4)의 허용된 상태들을 요약한다. 이제부터, 용어 '셋(set)' 및 '클리어(clear)'가 어떤 신호가 논리적으로 하이로 그리고 로우로 각각 풀링되었다는 것을 표시하기 위하여 사용될 것이다.
과도한 전류는 제어 시스템(4)의 컴포넌트(예를 들어 전력 스위치(Q1-Q4))에 손상을 주고 및/또는 회전자(5)를 소자(demagnetise)할 수도 있다. 그러므로 제어기(13)는 상 권선(7)의 여기 동안에 전류 감지 신호(I_SENSE)를 모니터링한다. 상 권선(7) 내의 전류가 전류 한계를 초과하는 경우, 제어기(13)는 FW#를 클리어링함으로써 상 권선(7)을 프리휠링한다. 프리휠링은 프리휠링 기간 동안 계속되는데, 이 기간 동안에 상 권선(7) 내의 전류는 전류 한계 아래의 레벨로 떨어진다. 프리휠링 기간의 끝에서, 제어기(13)는 FW#를 세팅함으로써 상 권선(7)을 다시 여기한다. 결과적으로, 상 권선(7) 내의 전류는 전류 한계에서 초핑된다.
제어기(13)는 회전자(5)의 속도에 의존하여 3 개의 모드 중 하나에서 동작한다. 회전자(5)가 정지되면, 제어기(13)는 기동(start-up) 모드에서 동작하는데, 이것은 단지 순방향에서 회전하는 회전자(5)를 기동하기 위하여 채용된다. 회전자(5)가 순방향으로 이동하고 있기만 하면, 제어기(13)는 가속도 모드로 스위칭한다. 제어기(13)는 회전자(5)의 속도가 속도 임계를 초과할 때까지 가속도 모드에서 동작하고, 그 이후에 제어기(13)는 정상-상태 모드로 스위칭한다. 동작의 각각의 모드 내에서, 제어기(13)는 전용 회전자 센서에 대한 필요성이 없이 모터(3)를 제어하는 상이한 기법을 채용한다.
기동 모드
제어기(13)는 기동 모드에서 동작할 때에 회전자(5)의 포지션을 결정하려고 시도하지 않는다. 대신, 제어기(13)는 회전자(5)가 파킹되었던 포지션과 무관하게 회전자(5)가 순방향으로 구동되는 것을 보장하는 선결정된 시퀀스에서 상 권선(7)을 여기한다.
제어기(13)는 선결정된 시간 기간 동안 특정 방향에서 상 권선(7)을 여기함으로써 시작한다. 방향의 선택은 중요하지 않다. 그러므로, 예를 들어, 제어기(13)는 DIR1을 세팅하고 DIR2를 클리어함으로써 상 권선(7)을 좌에서 우로 여기할 수도 있다.
고정자(6)의 폴 및 회전자(5)사이의 에어 갭은 비대칭이다. 결과적으로, 회전자(5)는 회전자 폴이 고정자 폴에 상대적으로 다소 오정렬되는 포지션에 파킹한다. 회전자(5)는 인가된 고정자 필드에 상대적인 두 개의 포지션 중 하나에 파킹한다. 제 1 포지션에서, 회전자(5)는 인가된 고정자 필드와 근사적으로 정렬된다. 제 2 포지션에서, 회전자(5)는 인가된 고정자 필드와 근사적으로 비정렬된다. 제 1 포지션에 파킹된 경우, 회전자(5)는 상 권선(7)의 여기에 응답하여 역방향으로 회전한다. 회전자(5)는 회전자(5)가 완전히 정렬 포지션을 채용할 때까지 상대적으로 작은 각도를 통해 회전한다. 제 2 포지션에 파킹된 경우, 회전자(5)는 상 권선(7)의 여기에 응답하여 정방향으로 회전한다. 회전자(5)는 회전자(5)가 완전히 정렬 포지션에 다시 놓일 때까지 상대적으로 큰 각도를 통해 회전한다. 이에 상응하여, 회전자(5)가 파킹된 바 있는 포지션에 무관하게, 상 권선(7)의 여기는 회전자(5)가 정렬 포지션으로 이동하도록 야기한다. 상 권선(7)이 여기되는 선결정된 기간은 회전자(5)가 하나의 파킹 포지션으로부터 정렬 포지션까지 이동하도록 보장한다.
상 권선(7)을 선결정된 기간 동안 여기한 이후에, 제어기(13)는 DIR1 및 DIR2 모두를 클리어함으로써 상 권선(7)을 턴오프한다. 위상 여기를 정지함으로써, 회전자(5)는 작은 각도를 통해 순방향으로 회전함으로써, 회전자(5)가 제 1 파킹 포지션을 채택하도록 한다. 위상 여기는 회전자(5)가 제 1 파킹 포지션에서 정지했다는 것을 보장하기에 충분한 기간동안 정지된다. 그러면 제어기(13)는 이전에 채용된 것에 반대 방향으로 상 권선(7)을 여기한다. 그러므로, 예를 들어, 제어기(13)는 DIR2를 세팅하고 DIR1을 클리어함으로써 상 권선(7)을 우에서 좌로 여기할 수도 있다. 그러면 이것이 회전자(5)가 순방향으로 구동되도록 한다. 이러한 스테이지에서, 제어기(13)는 가속도 모드로 스위칭한다.
가속도 모드
가속도 모드에서 동작하고 있을 때, 제어기(13)는 회전자(5)의 포지션을 결정하기 위하여 제 1 무센서 기법을 채용한다.
가속도 모드에 진입할 때, 제어기(13)는 이미 상 권선(7)을 여기하고 있다. 위에서 언급된 바와 같이, 제어기(13)는 권선(7) 내의 전류가 전류 한계를 초과할 때마다 상 권선(7)이 프리휠링되는 전류-제어 기법을 채용한다. 제어기(13)는 상 권선(7)을 선결정된 프리휠링 기간 동안 프리휠링한다. 프리휠링 기간의 끝에서, 제어기(13)는 상 권선(7)을 다시 여기한다. 그러므로 제어기(13)는 각각의 전기적 하프-사이클 동안 상 권선(7)을 순차적으로 여기 및 프리휠링한다.
상 권선(7) 내에 유도된 역 EMF는 여기 동안에 상 권선(7)내의 전류가 상승하고 프리휠링 동안에 하강하는 레이트에 영향을 미친다. 특히, 역 EMF가 증가함에 따라, 상 권선(7) 내의 전류는 더 느린 레이트로 상승하고 더 빠른 레이트에서 하강한다. 결과적으로, 회전자(5)가 회전할 때, 상 전류는 각각의 프리휠링 기간 동안에 상이한 레벨로 떨어진다. 그러므로 상 전류는 여기의 각각의 기간 동안에 상이한 레벨로부터 시작하고 상이한 레이트로 상승한다. 출원인은 상 전류가 여기의 각각의 기간 동안에 전류 한계까지 상승하는 데에 소요된 시간이 회전자(5)의 각 포지션에 의존한다는 것을 발견했다. 더욱이, 전류-상승 기간은 회전자(5)가 정렬 포지션에 접근할 때 감소한다. 그러면 이러한 발견이 회전자(5)의 포지션을 결정하기 위하여 제어기(13)에 의하여 활용된다.
각각의 프리휠링 기간의 끝에서, 제어기(13)는 타이머를 시작한다. 상 전류가 후속하여 전류 한계를 초과하는 경우, 제어기(13)는 타이머를 정지시킨다. 그러면 제어기(13)는 타이머에 의하여 저장된 전류-상승 기간을 선결정된 상승-시간 임계에 대하여 비교한다. 만일 전류-상승 기간이 상승-시간 임계보다 더 적다면, 제어기(13)는 회전자(5)가 정렬 포지션에 있다고 결정한다.
가속도 모드에서 동작하고 있을 때, 제어기(13)는 각각의 결정된 정렬 포지션과 공시적으로(in synchrony) 상 권선(7)을 정류시킨다(commutate). 이에 상응하여, 회전자(5)가 정렬 포지션에 있다고 결정하는 것에 응답하여, 제어기(13)는 상 권선(7)을 즉시 정류시킨다(즉 DIR1 및 DIR2를 반전시키고, FW#을 세팅함으로써). 그러나, 만일 요구된다면, 제어기(13)는 대안적으로는 결정된 정렬 포지션 이전에 또는 이후에 상 권선(7)을 정류할 수도 있다. 상 권선(7)을 결정된 정렬 포지션에 상대적으로 상이한 시간에 정류시키기 위한 기법이 정상-상태 모드라고 명명된 섹션에서 아래에 설명된다.
제어기(13)는 각각의 전류 초핑(current chop)으로 회전자(5)의 포지션을 평가한다. 결과적으로, 전류 초핑의 주파수는 회전자(5)의 정렬된 포지션이 결정되는 해상도를 정의한다. 상대적으로 낮은 회전자 속도에서, 각각의 전기적 하프-사이클의 길이는 상대적으로 길고 역 EMF의 크기는 상대적으로 작다. 결과적으로, 제어기(13)는 통상적으로 상 전류를 각각의 전기적 하프-사이클 동안 여러 번 초핑하고 따라서 정렬된 회전자(5)의 포지션이 상대적으로 양호한 정확도로써 결정될 수도 있다. 회전자(5)의 속도가 증가함에 따라, 각각의 전기적 하프-사이클의 길이는 감소하고 역 EMF의 크기는 증가한다. 그러므로 제어기(13)는 상 전류를 덜 빈번하게 초핑하고, 따라서 제어기(13)에 의하여 결정되는 정렬 포지션에서의 에러의 마진은 증가한다. 일 예로서는, 도 4 는 상대적으로 낮은 회전자 속도에서 동작하고 있는 때의 하나의 전기적 하프-사이클 동안의 상 전류, 전력 스위치(Q1)에 대한 온/오프 신호, 및 역 EMF의 파형들을 도시한다. 그러면 도 5 는 상대적으로 높은 회전자 속도에서 동작하고 있는 때에 동일한 파형을 예시한다. 결정된 정렬 포지션내의 에러(즉 실제 정렬 포지션 및 제어기(13)에 의하여 결정된 정렬 포지션 사이의 차분)가 고속에서 더 크다는 것을 알 수 있다.
앞선 문단에서 식별된 거동에 기인하여, 상승-시간 임계로서 선택된 값은 결정된 정렬 포지션의 정확도에 영향을 준다. 예를 들어, 만일 상승-시간 임계가 너무 높게 세팅된다면, 제어기(13)는 특히 더 낮은 속도에서 동작하고 있을 때에 더 이른 포인트에서의 회전자(5)의 정렬 포지션을 결정할 가능성이 있다. 반대로, 만일 상승-시간 임계가 너무 낮게 세팅된다면, 제어기(13)는 특히 더 높은 속도에서 동작하고 있을 때에 더 늦은 포인트에서의 회전자(5)의 정렬 포지션을 결정할 가능성이 있다. 상 권선(7)이 결정된 정렬 포지션에 상대적인 시간에서 정류되기 때문에, 결정된 정렬 포지션의 정확도는 모터 시스템(1)의 전력 및/또는 효율에 영향을 준다.
결정된 정렬 포지션의 정확도를 개선하기 위하여, 제어기(13)는 회전자 속도에 따라 변동하는 상승-시간 임계를 채용할 수도 있다. 특히, 제어기(13)는 증가하는 회전자 속도와 함께 증가하는 상승-시간 임계를 채용할 수도 있다. 결과적으로, 전류 초핑의 주파수가 상대적으로 높은 저속에서는, 더 낮은 상승-시간 임계가 사용될 수도 있다. 반대로, 전류 초핑의 주파수가 상대적으로 낮은 고속에서는, 더 높은 상승-시간 임계가 사용될 수도 있다. 결과적으로, 정렬 포지션은 회전자 속도의 범위에 걸쳐 개선된 정확도로써 결정될 수도 있다.
결정된 정렬 포지션의 정확도는 또한 프리휠링 기간을 감소시킴으로써 개선될 수도 있다. 프리휠링 기간이 감소함에 따라, 전류 초핑의 주파수는 증가하고, 따라서 정렬 포지션은 개선된 정확도로써 결정될 수도 있다. 최소 허용되는 프리휠링 기간은 하드웨어의 속도(예를 들어 제어기(13)의 속도 및 전력 스위치(Q1-Q4)의 최대 스위칭 주파수) 및 모터(3)의 특징(예를 들어 상 권선(7)의 저항 및 인덕턴스, 및 역 EMF의 형상 및 크기)에 의하여 좌우될 가능성이 있다.
고정된 프리휠링 기간을 채용하는 것보다, 회전자 속도에서의 변화에 응답하여 프리휠링 기간을 변동시키는 것이 바람직할 수도 있다. 예를 들어, 더 긴 프리휠링 기간이 스위칭 손실을 최소화하기 위하여 저속에서 채용될 수도 있고, 더 짧은 프리휠링 기간이 전류 초핑의 주파수를 증가시키기 위하여 고속에서 채용될 수도 있어서, 정렬 포지션의 정확도를 개선한다.
가속도 모드에서 소요된 시간은 상대적으로 짧을 수도 있고 그러므로 가속도 모드에서 동작하는 때의 모터 시스템(1)의 전력 및/또는 효율은 중요하지 않을 수도 있다. 결과적으로, 상승-시간 임계 및/또는 프리휠링 기간에 대해 속도 의존적 값을 채용하는 경우에 대두되는 장점들에도 불구하고, 그럼에도 고정된 값이 채용될 수도 있다. 사실상, 상승-시간 임계 및/또는 프리휠링 기간에 대한 고정된 값을 채용하는 것은 제어 기법을 단순화하는 장점을 가진다.
제어기(13)는 제어기(13)에 의하여 결정되는 바와 같은, 두 개의 연속적인 정렬 포지션 사이의 간격을 측정함으로써 회전자(5)의 속도를 결정한다. 위에서 언급된 바와 같이, 제어기(13)에 의하여 결정되는 각각의 정렬 포지션과 연관된 에러의 마진이 존재한다. 이에 상응하여, 회전자 속도의 더 정확한 측정을 획득하기 위하여, 제어기(13)는 복수 개의 결정된 정렬 포지션에 대한 평균 간격을 측정할 수도 있다. 예를 들어, 제어기(13)는 4 개의 연속적인 정렬 포지션 동안의 간격을 평균화함으로써 회전자 속도를 결정할 수도 있다.
제어기(13)가 회전자(5)가 정렬 포지션에 있다고 결정한 직후에, 회전자(5)의 포지션은 여전히 정렬 포지션에 있거나 또는 이에 인접할 수도 있다. 결과적으로, 만일 제어기(13)가 전류-상승 기간을 계속하여 측정하고 비교하여야 한다면, 다른 정렬 포지션이 동일한 실제 정렬 포지션에 대하여 결정될 수도 있다. 이것은 더 낮은 회전자 속도에서 특히 참인데, 이 경우 역 EMF의 크기는 상대적으로 작고 따라서 상 전류가 여기 동안에 상승하는 레이트가 상대적으로 고속이다. 그러므로 제어기(13)는 회전자(5)가 정렬 포지션에 있다고 결정한 이후에 선결정된 시간 기간 동안 전류-상승 기간을 측정하는 것을 정지한다. 이러한 기간은 이제부터 서스펜션 기간이라고 불릴 것이다. 서스펜션 기간은 회전자(5)가 서스펜션 기간의 끝에서 더 이상 정렬 포지션에 있거나 이에 근접하지 않는 것을 보장하는 길이의 것이다. 예를 들어, 서스펜션 기간은, 가속도 모드 내의 풀 속도 범위에 걸쳐, 회전자(5)가 서스펜션 기간 동안에 적어도 70 전기 각도를 통해 회전하도록 세팅될 수도 있다.
회전자(5)의 속도가 증가함에 따라, 각각의 전기적 하프-사이클의 길이는 감소한다. 결과적으로, 고정된 서스펜션 기간은 적합하지 않을 수도 있으며, 특히 속도 범위가 상대적으로 클 때에 그러하다. 예를 들어, 가속도 모드에서 동작할 때의 속도 범위는 1,000 내지 50,000 rpm일 수도 있다. 1,000 rpm에서, 4극 모터에 대한 전기적 하프-사이클의 기간은 15 ms이다. 그러므로 5.8 ms의 서스펜션 기간은 약 70 도의 전기 각도에 대응한다. 50,000 rpm에서, 전기적 하프-사이클의 기간은 0.3 ms이다. 그러므로 5.8 ms의 서스펜션 기간이 이러한 속도에서는 적합하지 않은 것이 명확하다. 이에 상응하여, 제어기(13)는 회전자 속도에 따라 변동하는 서스펜션 기간을 채용할 수도 있다. 특히, 제어기(13)는 증가하는 회전자 속도에 따라 감소하는 서스펜션 기간을 채용할 수도 있다.
위에서 설명된 기법에서, 전류-상승 기간은 프리휠링 기간의 끝에서 시작한다. 결과적으로, 단일 타이머가 전류-상승 기간 및 프리휠링 기간 모두에 대하여 사용될 수도 있다. 그럼에도 불구하고, 프리휠링 기간이 선결정되기 때문에, 전류-상승 기간은 대안적으로는 프리휠링 기간의 시작 시에 시작한다. 이에 상응하여, 더 일반적 의미에서, 전류-상승 기간은 프리휠링의 시작 또는 끝 및 권선 내의 전류가 전류 한계를 초과하는 시간의 포인트 사이의 간격이라고 불릴 수도 있다.
회전자 속도가 증가함에 따라, 각각의 전기적 하프-사이클의 기간은 감소하고 따라서 위상 인덕턴스와 연관된 시상수(L/R)는 점점 더 중요해진다. 추가적으로, 상 권선(7) 내에 유도된 역 EMF가 증가하고 이것은 이제 전류가 상 권선(7) 내에서 증가하는 레이트에 영향을 준다. 그러므로 전류를 상 권선(7) 내로 구동하는 것이 점점 어려워진다. 상대적으로 높은 회전자 속도에서, 제어기(13)는 각각의 전기적 하프-사이클 동안에 상 전류를 한 번 또는 두 번만 초핑할 수도 있다. 결과적으로, 제어기(13)에 의하여 결정되는 정렬 포지션 내의 에러의 마진은 상대적으로 클 수도 있다. 에러의 크기는 모터 시스템(1)의 전력 및/또는 효율에 불리하게 영향을 줄 수도 있다. 더욱이, 에러는 모터(3)의 추가적 가속도를 방해할 수도 있다. 이에 상응하여, 제어기(13)는 회전자(5)의 속도가 속도 임계를 초과하는 경우 가속도 모드로부터 정상-상태 모드로 스위칭한다.
정상-상태 모드
정상-상태 모드에서 동작하고 있을 때, 제어기(13)는 회전자(5)의 포지션을 결정하기 위하여 제 2 무센서 기법을 채용한다.
제 2 무센서 기법은 역 EMF 센서(12)를 사용한다. 이제 설명될 바와 같이, 역 EMF 센서(12)는 어떤 에지가 회전자(5)의 정렬 포지션과 대응하는지에 대한 디지털 신호를 출력한다.
임의의 상당한 포화 또는 철극성(saliency)의 부재 시에, 상 권선(7)에 대한 전압 방정식은:
다음 같이 표현될 수도 있는데, Vph = iphRph + Lph. diph/dt + Eph
여기에서 Vph는 상 권선(7) 양단의 전압이고, iph는 상 권선(7) 내의 전류이며, Rph는 상 권선(7)의 저항이고, Lph는 상 권선(7)의 인덕턴스이며, Eph는 회전자(5)에 의하여 상 권선(7) 내에 유도된 역 EMF이다.
회전자(5)가 정렬 포지션에 있는 경우, 상 권선(7) 내에 유도된 역 EMF는 제로이다. 역 EMF에서의 각각의 제로-크로싱에서, 전압 방정식은 다음이 된다:
Vph = iphRph + Lph. diph/dt
아래에 진술되는 이유들 때문에, iphRph 항은 역 EMF에서의 제로-크로싱 주위에서 무시될 수 있다. 결과적으로, 회전자(5)의 각각의 정렬 포지션에 대하여, 전압 방정식은 다음으로 간략화된다:
Vph = Lph. diph/dt
역 EMF 센서(12)는 이러한 방정식을 사용하여 회전자(5)의 정렬 포지션에 대응하는 에지를 가지는 출력 신호를 생성한다.
도 6 에 도시된 바와 같이, 역 EMF 센서(12)는 전압 센서(15), 증폭기(16), 미분기(17), 저역-통과 필터(18), 및 비교기(19)를 포함한다.
전압 센서(15)는 DC 링크 전압(VDC)에 비례하는 전압을 가지는 제 1 신호를 출력하는 분압기(R3, R4)를 포함한다. 상 권선(7)이 여기되는 경우, 상 권선 양단의 전압(Vph)은 DC 링크 전압(VDC) 마이너스 전력 스위치(Q1-Q4) 양단의 전압 강하에 대응한다. 결과적으로, 전압 센서(15)에 의하여 출력되는 제 1 신호는 여기 동안에 상 권선(Vph) 양단에 비례하는 전압을 가진다.
증폭기(16)는 전류 센서(11)에 의하여 출력되는 I_SENSE 신호에 작용한다. 그러면 미분기(17)는 증폭기(16)의 신호 출력에 작용하고, 저역-통과 필터(18)는 미분기(17)에 의하여 출력된 신호에 작용한다. 전류 센서(11)는 상 권선(7) 내의 전류에 비례하는 전압을 가지는 제 2 신호를 출력하는 것으로 말할 수도 있다. 그러면 미분기(17)는 제 2 신호를 미분하고 응답하여 상 권선 내의 전류의 변화율 diph/dt에 비례하는 전압을 가지는 제 3 신호를 생성한다. 상 권선(7)의 인덕턴스는 일정하다고 간주되며(즉 모터(3)가 철극성이 없거나 거의 없고 포화 효과가 최소인 경우에 유효임) 따라서 제 3 신호의 전압은 Lph. diph/dt에 비례한다.
저역-통과 필터(18)는 단지 미분기(17)에 의하여 제 3 신호에 도입되었을 수도 있는 임의의 노이즈를 억제하기 위해서 채용된다. 만일 노이즈가 문제인 것으로 간주되지 않으면 필터(18)는 생략될 수도 있다. 도 6 에서, 저역-통과 필터(18) 및 미분기(17)는 두 개의 별개의 컴포넌트인 것으로서 도시된다. 대안적으로는, 저역-통과 필터(18)는 미분기(17)의 일부인 것으로 구현됨으로써, 추가적 연산 증폭기에 대한 필요성을 회피할 수도 있다.
증폭기(16)는 제 1 신호 및 제 3 신호의 전압이 적합하게 스케일링됨으로써, 두 개의 신호의 전압이 상 권선(7) 내에 유도된 역 EMF가 제로가 되도록, 즉 이 전압들이 Vph = Lph. diph/dt 일 경우에 일치하도록 보장한다. 착상 가능하게도, 전류 센서(11)의 감지 저항(R1) 및 전압 센서(15)의 분압기(R3, R4)는 제 1 신호 및 제 2 신호의 전압들이 이미 적합하게 스케일링됨으로써, 이를 통하여 증폭기(16)에 대한 필요성을 회피하도록 구성될 수도 있다. 대안적으로는, 증폭기(16)가 제 2 신호에 작용하는 대신에, 전압 스케일러(예를 들어 증폭기 또는 감쇄기)가 제 1 신호 및 제 3 신호의 전압이 역 EMF가 제로일 때 일치하도록, 제 1 신호, 제 2 신호 및 제 3 신호 중 하나 이상을 스케일링하기 위하여 사용될 수도 있다.
비교기(19)는 제 1 및 제 3 신호의 전압을 비교하고 비교에 응답하여 디지털 출력을 생성한다. 출력 신호는 제 1 신호의 전압이 제 2 신호의 전압보다 더 클 경우(즉 Vph > Lph. diph/dt인 경우) 논리적으로 하이(또는 대안적으로는 논리적으로 로우)이고, 제 1 신호의 전압이 제 2 신호의 전압보다 더 낮은 경우(즉 Vph < Lph. diph/dt인 경우) 논리적으로 로우(또는 대안적으로는 논리적으로 하이)이다. 그러므로 에지는 두 개의 신호의 전압이 일치할 경우, 즉 Vph = Lph. diph/dt인 때마다 출력 신호 내에 생성된다. 이러한 조건은 상 권선(7) 내에 유도된 역 EMF가 제로인 경우에 만족된다. 결과적으로, 에지는 회전자(5)가 정렬 포지션에 있는 경우 출력 신호 내에 생성된다. 그러나, 이제 설명될 바와 같이, 회전자(5)의 정렬 포지션에 대응하지 않으며 그러므로 무시되어야 하는 다른 에지들이 출력 신호 내에 생성된다.
가속도 모드에서 동작하고 있을 때에, 제어기(13)는 각각의 전기적 하프-사이클의 풀 길이 동안 상 권선(7)을 순차적으로 여기 및 프리휠링한다. 이에 반해, 정상-상태 모드에서 동작하고 있을 때에, 제어기(13)는 각각의 전기적 하프-사이클의 오직 일부 동안 스패닝하는 통전 기간 동안 상 권선(7)을 순차적으로 여기 및 프리휠링한다. 통전 기간의 끝에서, 제어기(13)는 FW#을 클리어함으로써 상 권선(7)을 프리휠링한다. 그러면 프리휠링은 제어기(13)가 상 권선(7)을 정류하는 이러한 시간까지 무한정으로 계속된다. 하강하는 역 EMF의 구역 내에서, 더 적은 토크가 주어진 상 전류에 대하여 획득된다. 결과적으로, 이러한 구역 내에서 상 권선(7)을 프리휠링함으로써, 더 효율적인 모터 시스템(1)이 구현될 수도 있다. 추가적으로, 역 EMF가 하강함에 따라, 상 전류는 바람직하지 않은 레벨까지 급격하게 상승할 수도 있다. 하강하는 역 EMF의 구역 내에서 상 권선(7)을 프리휠링 함으로써, 이러한 전류 스파이크들이 회피될 수도 있다.
정상-상태 모드에서 동작하고 있는 때에, 제어기(13)는 회전자(5)의 각각의 정렬 포지션에 앞서서 상 권선(7)을 정류한다; 이에 대한 이유는 아래에 설명된다. 이전의 문단에서 언급된 바와 같이, 상 권선(7)은 정류에 즉시 앞서서 프리휠링하고 있다. 프리휠링 동안에, 상 전류는 인버터(9)의 하측 루프 주위에서 순환하고 전류 센서(11)를 바이패스한다. 결과적으로, 전류 센서(11)를 통하여 전류가 통과하지 않으며, 따라서 제 2 신호의 전압은 제로이다. 이에 반해, 상 권선(7)을 통하여 흐르는 전류는 비-제로이고 상대적으로 클 수도 있다. 이에 상응하여, 상 권선(7)을 정류할 때에, 전류 센서(11)를 통과하는 전류의 크기에서의 급격한 변화가 존재한다. 추가적으로, 상 권선(7)을 정류할 때에, 전류 센서(11)를 통과하는 전류의 극성은 상 권선(7)의 인덕턴스에 기인하여 최초에는 음이다. 그러면 전류는 급격하고 신속하게 상승하여 양의 값이 된다. 이에 상응하여, 상 권선(7)을 정류할 때에, 전류 센서(11)에 의하여 출력되는 제 2 신호의 전압은 제로로부터 음의 값으로 급격하게 변화하고, 이제 급격하게 양의 값으로 상승한다. 결과적으로, 미분기(17)에 의하여 출력된 제 3 신호의 전압은 음의 스파이크를 가지고(제 2 신호 전압에서의 제로로부터 음의 값으로의 급격한 변화에 기인함) 즉시 양의 스파이크가 후속한다(제 2 신호의 전압에서의 첨예한 상승에 기인함). 제 3 신호의 전압에서의 양의 스파이크 때문에, 에지가 BEMF 신호에 생성된다. 그러나, 이러한 에지는 역 EMF에서의 제로-크로싱에 대응하지 않는다. 대신, 에지는 전류 센서(11)를 통과하는 전류에서의 급격한 변화의 아티팩트(artefact)이고, 이것은 전류 센서(11)가 프리휠링 동안에 상 전류를 감지할 수 없기 때문에 발생한다.
이전의 문단에서 언급된 바와 같이, 상 권선(7) 내의 전류는 정류 시에 상대적으로 신속하게 상승한다. 결과적으로, 제 3 신호의 전압은 상대적으로 높고 제 1 신호의 그것을 초과한다. 그러나, 역 EMF가 감소하고 제로를 교차하며, 이제 DC 링크 전압에 대항할 때, 전류 상승의 레이트는 감소하고 따라서 제 3 신호의 전압이 감소한다. 몇몇 포인트에서, 제 3 신호의 전압은 제 1 신호의 그것과 일치하고, 다른 에지가 BEMF 신호 내에 생성된다. 그러면 이러한 에지는 역 EMF에서의 제로-크로싱에 대응한다.
결과적으로, 상 권선(7)을 정류할 때에, 제 1 에지는 전류 센서(11)를 통과하는 전류에서의 급격한 변화에 기인하여 BEMF 신호 내에 생성된다. 그러면 역 EMF에서의 제로-크로싱에 기인한 BEMF 신호 내의 제 2 에지가 후속한다. 그러므로 제어기(13)는 제 1 에지를 무시하고 회전자(5)가 제 2 에지에 응답하여 정렬 포지션에 있다고 결정한다.
제 2 에지를 검출하는 것에 응답하여, 제어기(13)는 제어기(13)가 상 권선(7)을 다시 정류할 때와 같은 시간까지 BEMF 신호를 무시한다. 이에 대한 이유는 다음과 같다. 가속도 모드에서와 같이, 제어기(13)는 상 권선(7) 내의 전류가 전류 한계를 초과할 때마다 선결정된 프리휠링 기간 동안 상 권선(7)을 프리휠링한다. 이에 상응하여, 각각의 통전 기간 동안에, 제어기(13)는 상 전류를 초핑할 수도 있다. 전류 초핑이 발생한다면, 전류 센서(11)를 통과하는 전류는 제어기(13)가 프리휠링할 때에 급격하게 변동할 것이며, 이제 상 권선(7)을 여기한다. 센서(11)를 통과하는 전류에서의 임의의 급격한 변화는 BEMF 신호 내에 기생(spurious) 에지를 초래할 수도 있다. 추가적으로, 임의의 프리휠링 기간 동안에, 상 전류는 인버터(9)의 하측 루프 주위에서 순환하고, 전류 센서(11)를 바이패스한다. 결과적으로, 전류 센서(11)에 의하여 출력되는 제 2 신호의 전압은 제로이고, 따라서 미분기(17)에 의하여 출력되는 제 3 신호는 무효이다. 그러므로 제어기(13)는 오직 상 권선(7)을 정류하는 것에 응답하여 BEMF 신호를 모니터링하기 시작한다. 그러면 제어기(13)는 BEMF 신호 내의 제 1 에지를 무시하고, 회전자(5)가 BEMF 신호 내의 제 2 에지에 응답하여 정렬 포지션에 있다고 결정한다. 그 이후에, 제어기(13)는 제어기(13)가 상 권선(7)을 다시 정류할 때와 같은 시간까지 BEMF 신호를 무시한다. 이 실시예에서, 제 1 에지는 상승 에지이고 제 2 에지는 하강 에지이다. 그러므로 제어기(13)는 BEMF 신호를 모니터링하고 회전자(5)가 하강 2 에지에 응답하여 정렬 포지션에 있다고 결정한다.
모터 시스템(1)의 거동을 시연하려는 시도에서, 도 7 은 한 전기적 사이클 동안의 상 전류, 제 2 신호의 전압, 제 3 신호의 전압, 및 BEMF 신호에 대한 가능한 파형을 예시한다. 상 권선(7)을 정류할 때에, 제 2 신호의 전압은 급격하게 제로로부터 음의 값으로 변화하고, 그리고 첨예하게 양의 값으로 상승하는 것으로 보일 수 있다. 결과적으로, 제 3 신호의 전압은 음의 스파이크를 가지고(제 2 신호 전압에서의 제로로부터 음의 값으로의 급격한 변화에 대응함) 즉시 양의 스파이크가 후속한다(제 2 신호의 전압에서의 첨예한 상승에 대응함). 양의 스파이크의 크기는, 제 3 신호의 전압이 제 1 신호의 그것을 초과하고, 따라서 상승 에지가 BEMF 신호 내에 생성되도록 하는 값이다. 제 3 신호의 전압이 감소함에 따라, 제 1 신호 및 제 3 신호의 전압들은 다시 일치하고 하강 에지가 BEMF 신호 내에 생성된다.
위에서 지적된 바와 같이, 제어기(13)는 회전자(5)의 각각의 정렬 포지션에 앞서 상 권선(7)을 정류한다. 이에 대한 이유는 다음과 같다. 여기 동안에, 상 전압(Vph)은 DC 링크 전압(VDC)에 비례한다. 반면에, 프리휠링 동안에 상 전압은 제로이다. 결과적으로, 전압 센서(15)에 의하여 출력되는 신호의 전압은 상 권선(7)이 여기되는 경우에만 상 전압(Vph)에 비례한다. 추가적으로, 전류 센서(11)는 오직 여기 동안에만 상 전류의 측정을 제공한다. 그러므로 역 EMF 센서(12)는 상 권선(7)이 여기되는 경우에만 회전자 포지션을 결정할 수 있다. 그러므로 제어기(13)는 회전자(5)의 각각의 정렬 포지션에 앞서 상 권선(7)을 정류한다. 그러면 이것은 상 권선(7)이 회전자(5)가 각각의 정렬 포지션을 통과할 때에 여기되는 것을 보장한다.
상 권선(7)을 정류하기 위하여, 제어기(13)는 BEMF 신호의 각각의 하강 에지에 응답하여 작동한다. BEMF 신호의 하강 에지에 응답하여, 제어기(13)는 정류 기간(T_COM)을 획득하기 위하여 앞선 기간(T_ADV)을 전기적 하프-사이클의 기간(T_HC)으로부터 감산한다:
T_COM = T_HC - T_ADV
그러면 제어기(13)는 하강 에지 이후에 시간(T_COM)에서 상 권선(7)을 정류한다. 결과적으로, 제어기(13)는 앞선 기간(T_ADV) 만큼 회전자(5)의 다음 정렬 포지션에 앞서서 상 권선(7)을 정류한다. 전기적 하프-사이클의 기간(T_HC)은 BEMF 신호의 두 개의 연속적인 에지들 사이의 간격에 의하여 정의된다.
앞선 기간은 여기의 위상(즉 회전자(5)의 정렬된 포지션에 상대적으로 상 권선(7)이 여기되는 각도)을 정의하고 통전 기간은 여기의 길이(즉 상 권선(7)이 여기되는 동안의 각도)를 정의한다. 제어기(13)는 회전자(5)의 속도에서의 변화에 응답하여 앞선 기간 및/또는 통전 기간을 조절할 수도 있다. 예를 들어, 제어기(13)는 동일한 입력 또는 출력 전력이 회전자 속도의 범위 동안 획득되도록 앞선 기간 및/또는 통전 기간을 조절할 수도 있다.
위의 논의에서, 상 전압 방정식의 저항 항(iphRph)이 역 EMF에서의 제로-크로싱 주위에서 무시될 수 있다는 것이 언급되었다. 이에 대한 수 개의 이유들이 있다: 첫째로, 저항 항은 회전자 포지션과 무관하게 상대적으로 작다. 예를 들어, 70 도C에서 상 저항은 0.03 Ω일 수도 있고, 전력 공급부(2)의 전압은 24 V일 수도 있으며, 전류 한계는 30 A일 수도 있다. 이에 상응하여, 상 전류가 30 A의 최대 값이면, iphRph 항은 0.9 V이다. 반면에, 상 전압은 24 V 근처이다. 이에 상응하여, 회전자 포지션에 무관하게, 상 권선(7)에 대한 전압 방정식은 유도성 및 역 EMF 항에 의하여 지배된다. 둘 째로, 정상-상태 모드에서 동작하고 있을 경우, 제어기(13)는 하강 역 EMF의 기간 동안에 상 권선(7)을 프리휠링한다. 결과적으로, 상 전류는 역 EMF에서의 제로-크로싱 이전에 소정 기간 동안 감소하고 있는 중이다. 셋 째로, 제어기(13)는 역 EMF에서의 제로-크로싱에 앞서서 상 권선(7)을 정류한다. 정류는 상 전류에서의 제로-크로싱을 자연적으로 수반한다. 상 전류가 정류이전에 일반적으로 비-제로이고, 정류가 역 EMF에서의 제로-크로싱 이전에 발생하기 때문에, 상 전류에서의 제로-크로싱은 역 EMF에서의 제로-크로싱에서 또는 이에 근접하여 발생할 것이다. 결과적으로, 저항 항은 역 EMF에서의 제로-크로싱에서 무시될 수 있다.
속도 임계에서, 가속도 모드 내에서의 전류 초핑의 주파수는 상대적으로 낮을 수도 있다. 결과적으로, 제어기(13)에 의하여 결정되는 정렬 포지션 내의 에러의 마진은 상대적으로 클 수도 있다. 정상-상태 모드는 상 권선(7)이 회전자 정렬 포지션에 앞서서 여기되도록 요구한다. 그러나, 만일 결정된 정렬 포지션 내의 에러가 상대적으로 큰 경우, 정류가 회전자 정렬 포지션에서 또는 그 이후에 발생할 수도 있는 것이 가능하다. 이에 상응하여, 정상-상태 모드에 진입하기 이전에 회전자(5)에 대한 개선된 정확도를 가진 정렬 포지션을 설립하는 것이 필요하거나 바람직할 수도 있다. 이에 상응하여, 도 8 에 도시된 바와 같이, 역 EMF 센서(12)는 분압기(R5, R6 및 R7, R8)의 쌍, 미분 증폭기(20), 및 제로-크로싱 검출기(21)를 포함할 수도 있다. 분압기들(R5, R6, R7, R8)의 출력은 증폭기(20)로 공급되고 이것은 상 전압의 측정을 출력한다. 증폭기(20)의 출력은 제로-크로싱 검출기(21)로 공급되고, 이것은 상 전압에서의 제로-크로싱에 대응하는 에지를 가지는 디지털 신호를 출력한다. 가속도 모드로부터 정상-상태 모드로 천이할 때에, 제어기(13)는 인버터(9)의 모든 스위치(Q1-Q4)를 개방하고 제로-크로싱 검출기(21)에 의해 출력되는 신호를 모니터링한다. 모든 스위치가 개방되면, 상 전류는 상 권선(7)을 통해서 전류가 흐르지 않을 때까지 스위치(Q1-Q4)의 프리휠링 다이오드를 통해서 감쇠한다. 이러한 포인트에서, 상 권선(7) 양단의 전압은 상 권선(7) 내에 유도된 역 EMF에 대응한다. 결과적으로, 제로-크로싱 검출기(21)에 의하여 출력된 신호의 각각의 에지는 역 EMF에서의 제로-크로싱에 대응한다. 그러므로 제어기(13)는 회전자 정렬 포지션의 더 정확한 측정을 획득한다. 회전자 정렬 포지션이 식별된 이후에(즉 제로-크로싱 검출기(21)에 의하여 출력된 신호 내의 에지가 감지된 바 있는 이후에), 제어기(13)는 정상-상태 모드로 천이하고 모터(3)를 위에서 설명된 방식으로 제어한다. 특히, 제어기(13)는 BEMF 신호를 모니터링하고 BEMF 신호에서의 하강 에지에 응답하여 상 권선(7)을 정류한다.
위에서 설명된 실시예에서, 역 EMF 센서(12)는 오직 상 여기 동안에 역 EMF의 제로-크로싱을 감지할 수 있다. 그러므로 제어기(13)는 역 EMF에서의 각각의 제로-크로싱에 앞서 상 권선(7)을 정류하도록 요구된다. 이것은 문제점으로 간주되지 않는데, 그 이유는 정상-상태 모드 내에서 발생하는 상대적으로 높은 속도에서, 충분한 전류 및 따라서 전력을 각각의 전기적 하프-사이클 동안에 상 권선(7)으로 구동하기 위하여 앞선 정류가 일반적으로 요구되기 때문이다. 그럼에도 불구하고, 역 EMF의 제로-크로싱에 상대적으로 정류를 동기화하거나 지연시키는 것이 소망되는 실례들이 존재할 수도 있다.
앞선, 동기화된 및 지연된 정류는 모두 위에서 설명된 바와 동일한 제어 기법을 사용하여 획득될 수도 있다. BEMF 신호 내의 하강 에지에 응답하여, 제어기(13)는 정류 기간(T_COM)을 획득하기 위하여 상 기간(T_PHASE)을 전기적 하프-사이클의 기간(T_HC)으로부터 감산한다:
T_COM = T_HC - T_PHASE
그러면 제어기(13)는 하강 에지 이후에 시간(T_COM)에서 상 권선(7)을 정류한다. 결과적으로, 제어기(13)는 상 권선(7)을 위상 기간(T_PHASE) 만큼 다음 회전자 정렬 포지션에 상대적으로 정류한다. 만일 위상 기간이 양의 값이면, 정류는 회전자 정렬 포지션 이전에 발생한다(앞선 정류). 만일 위상 기간이 제로라면, 정류는 회전자 정렬 포지션에서 발생한다(동기 정류). 그리고, 만일 위상 기간이 음의 값이면, 정류는 회전자 정렬 포지션 이후에 발생한다(지연된 정류).
만일 동기화된 또는 지연된 정류가 채용된다면, 회전자 정렬 포지션은 상 권선(7)이 프리휠링하고 있는 때에 발생할 가능성이 있다. 그러므로 전류 센서(11) 및 전압 센서(15)의 대안적 디자인이 프리휠링 및 여기 동안에 상 전압 및 상 전류를 측정하기 위하여 요구될 것이다.
도 9 는 전류 센서(11) 및 전압 센서(15)가 상이한 대안적 실시예를 예시한다. 모든 다른 측면에서, 제어 시스템(4)은 변하지 않는다. 특히, 역 EMF 센서(12)는 계속하여 증폭기(16), 미분기(17), 저역-통과 필터(18), 및 비교기(19)를 포함한다.
전류 센서(11)는 감지 저항(R1 및 R2)의 쌍, 및 멀티플렉서(25)를 포함한다. 각각의 저항(R1, R2)은 인버터(9)의 하부 다리에 위치되고 저항 중 하나(R2)는 좌에서 우로 여기될 때의 상 전류의 측정을 제공하고, 다른 저항(R1)은 우로부터 좌로 여기될 때에 상 전류의 측정을 제공한다. 멀티플렉서(25)는 감지 저항(R1, R2)에 의하여 출력되는 두 개의 신호 중 하나를 선택한다.
전압 센서(15)는 분압기(R5, R6 및 R7, R8)의 쌍, 미분 증폭기(22, 23)의 쌍 및 멀티플렉서(24)를 포함한다. 분압기(R5, R6 및 R7, R8)는 상 권선(7)의 반대면에 위치되고, 분압기(R5, R6, R7, R8)의 출력은 미분 증폭기(22, 23) 모두에 공급된다. 증폭기(22) 중 하나에 의해 출력된 신호는 좌에서 우로 여기되는 경우의 상 전압의 측정을 제공하고, 다른 증폭기(23)에 의해 출력된 신호는 우에서 좌로 여기되는 때의 상 전압의 측정을 제공한다. 멀티플렉서(24)는 증폭기(22, 23)에 의하여 출력되는 두 개의 신호 중 하나를 선택한다.
제어기(13)에 의하여 출력되는 DIR1 신호는 멀티플렉서(24, 25) 모두에 대한 선택기 입력으로서 사용된다. 이에 상응하여, 멀티플렉서(24, 25)는 상 권선(7)을 통과하는 전류의 방향에 따라 증폭기(22, 23) 중 하나 및 감지 저항(R1, R2) 중 하나를 선택한다. 분압기(R5, R6, R7, R8)를 상 권선(7)의 반대면에 위치시킴으로써, 그리고 감지 저항(R1, R2)을 인버터(9)의 반대 다리 상에 위치시킴으로써, 상 전압 및 상 전류는 프리휠링 및 여기 동안에 감지될 수도 있다.
도 6 의 역 EMF 센서(12)는 프리휠링 동안에 상 전류 또는 상 전압을 감지할 수 없다. 결과적으로, 기생 에지가 프리휠링 동안에 BEMF 신호 내에 생성된다. 반면에, 도 9 의 역 EMF 센서(12)는 여기 및 프리휠링 모두 동안에 상 전류 및 상 전압을 감지할 수 있다. 결과적으로, 프리휠링 동안에 기생 에지가 생성되지 않는다. 그럼에도 불구하고, 상승 에지는 상 권선(7)을 정류할 때에 BEMF 신호 내에서 계속하여 생성된다. 상승 에지는 선택된 감지 저항(R1 또는 R2)을 통과하는 전류가 상 권선의 인덕턴스 때문에 처음에 음의 값이기 때문에 발생한다. 결과적으로, 음이고 이제 양인 스파이크가 제 3 신호의 전압에서 발생한다. 그러므로 제어기(13)는 여기 및 프리휠링 동안에 BEMF 신호를 모니터링하고 BEMF 신호의 하강 에지에 상대적으로 상 권선(7)을 정류한다.
도 10 은 도 9 의 배치구성을 채용할 때에 하나의 전기적 사이클 동안의 상 전류, 제 2 신호의 전압, 제 3 신호의 전압, 및 BEMF 신호의 파형을 예시한다.
도 11 운 전류 센서(11) 및 전압 센서(15)가 또 변경되는 대안적 실시예를 예시한다.
전류 센서(11)는 여기 및 프리휠링 모두 동안에 상 전류를 감지하는 변류기(26)를 포함한다. 변류기(26)에 의하여 출력된 신호의 극성은 상 권선(7)을 통과하는 전류의 방향을 반영한다.
전압 센서(15)는 상 권선(7)의 반대면에 위치된 분압기(R5, R6 및 R7, R8)의 쌍을 포함하는데, 이것의 위치는 단일 미분 증폭기(22)로 공급된다. 증폭기(22)에 의하여 출력되는 신호는 상 전압의 측정을 제공하고, 전압의 극성은 여기의 방향을 반영하며, 즉 상 전압은 상 권선(7)이 좌에서 우로 여기될 때에 양이고 우에서 좌로 여기될 때에 음이다.
도 9 에서 예시된 실시예에서와 같이, 전류 센서(11) 및 전압 센서(15)는 여기 및 프리휠링 모두 동안에 상 전류 및 상 전압을 감지한다. 그러나, 도 9 의 실시예와 반대로, 전류 센서(11)에 의하여 출력되는 신호의 전압은 상 권선(7)을 정류할 때에 급격한 변동을 겪지 않는다. 이제 설명될 바와 같이, 이것은 역 EMF 센서(12)에 의하여 출력되는 BEMF 신호에 대한 중요한 암시를 가진다.
도 12 는 도 11 의 배치구성을 채용할 때에 하나의 전기적 사이클 동안의 상 전류, 제 2 신호의 전압, 제 3 신호의 전압, 및 BEMF 신호의 파형을 예시한다. 전류 센서(11)에 의하여 출력되는 제 2 신호 출력의 전압이 상 전류의 그것을 미러링한다는 것을 알 수 있다. 도 10 에서 예시된 파형에 반대로, 정류의 시점에서 제 2 신호의 전압에서의 급격한 변동이 존재하지 않는다. 결과적으로, 제 3 신호의 전압 내에 음의 스파이크가 존재하지 않는다. 도 12 로부터, 제 1 및 제 3 신호의 전압이 프리휠링의 포인트에서 그리고 정류의 포인트에서 일치한다는 것이 나타날 수도 있다. 그러나, 이것은 그 경우와 다르다. 대신에, 두 개의 신호의 전압은 서로 상승하고 하강한다. 이에 상응하여, 두 개의 신호의 전압은 일치하지 않으며, 에지는 역 EMF에서의 신호에서 생성되지 않는다. 사실상, 도 12 로부터 명백한 바와 같이, 에지는 역 EMF에서의 제로-크로싱에서만, 즉 Vph = Lph. diph/dt일 때에만 BEMF 신호 내에서 생성된다. 그러므로 BEMF 신호는 종래의 홀-효과 센서로부터 출력되는 신호를 닮는다.
따라서 지금까지 상 전압 및 상 전류를 측정하기 위하여 특정 실시예들이 설명되어 왔다. 다른 배치구성도 전압 및 전류를 측정하기 위하여 존재한다는 것이 인정될 것이다. 단지 예시를 위하여, 전류 센서(11)는 홀-효과 센서 또는 다른 전류 트랜스듀서를 포함할 수도 있다.
위에서 설명된 실시예에서, 역 EMF 센서(12)는 제어기(13)로부터 별개이고 제어기(13) 외부에 하드웨어로 구현된다. 그러나, 착상 가능하게도, 만일 요구된 하드웨어가 제어기(13)의 주변 장치 중 일부를 형성하면, 역 EMF 센서(12)의 하나 이상의 컴포넌트(예를 들어 증폭기(16), 미분기(17), 저역-통과 필터(18), 및/또는 비교기(19))는 제어기(13)의 일치된 부분을 형성할 수도 있다.
역 EMF 센서(12)의 저역-통과 필터(18)는 위상 지연을 제 3 신호로 도입할 수도 있는데, 이것은 이제 BEMF 신호 내의 위상 천이로 인도할 것이다. 그러므로 필터(18)는 가능한 한 적은 상 지연으로써 제 3 신호로부터 충분한 노이즈를 제거하도록 구성된다.
따라서 두 개의 방식이 회전자(5)의 포지션을 감지하기 위하여 설명되었다. 제 1 기법에서(가속도 모드에서 채용됨), 상 전류가 전류 한계를 초과하기 위하여 소요되는 시간은 회전자(5)의 포지션을 결정하기 위하여 사용된다. 제 2 기법에서(정상-상태 모드에서 채용됨), 상 전압 및 상 전류의 변화율의 비교가 회전자(5)의 포지션을 결정하기 위하여 이루어진다.
제 1 기법은 임의의 추가적 하드웨어에 대한 필요성이 없이 구현될 수 있다는 장점을 가진다. 사실상, 홀-효과 센서를 채용하는 종래의 모터 시스템과 비교하여, 제 1 기법은 적어도 하나의 더 적은 컴포넌트를 채용한다. 상 전류가 전류 한계를 초과하는 경우, 상 권선(7)은 프리휠링 기간 동안 프리휠링된다. 그러므로 프리휠링 동안에 상 전류를 감지할 필요가 없다. 결과적으로, 제 1 기법은 상 전류를 측정하기 위한 단일 감지 저항을 사용하여 구현될 수도 있다. 그러므로 제 1 기법은 회전자 포지션을 결정하는 비용-효과적인 방법을 제공한다.
제 1 기법은 회전자(5)의 포지션을 결정하기 위하여 전류 초핑에 의존한다. 더욱이, 전류 초핑의 주파수는 해상도 및 따라서 회전자 포지션이 결정되는 정확도를 결정한다. 결과적으로, 전류 초핑이 상대적으로 덜 빈번한 경우(예를 들어 상대적으로 높은 속도에서), 결정된 회전자 포지션의 정확도는 상대적으로 열악할 수도 있다. 제 2 기법은 회전자(5)의 포지션을 결정하기 위하여 전류 초핑에 의존하지 않는다는 장점을 가진다. 결과적으로, 회전자 포지션의 결정은 회전자 속도와 무관하게 이루어질 수도 있다. 결정된 회전자 포지션의 정확도는 부분적으로 저항 항(iphRph)에 의하여 정의된다. 운이 좋게도, 저항 항은 통상적으로 작고, 흔히 무시될 수 있다. 더욱이, 심지어 저항 항이 크다고 말할 수 있는 경우에도, 이 항은 결정된 정렬 포지션 내의 에러를 증가시킬 뿐이다. 그럼에도 불구하고 회전자에 대한 정렬 포지션을 결정하는 것이 계속 가능하다. 제 2 기법과 함께 있는 단점은 이 기법을 구현하기 위하여 요구되는 추가적 하드웨어에 있으며, 이것이 모터 시스템(1)의 비용을 자연적으로 증가시킨다. 그럼에도 불구하고, 컴포넌트 비용에서의 증가는 홀-효과 센서를 생략하는 결과로서 조립 비용에서의 감소에 의하여 오프셋될 수도 있다.
제 2 기법을 구현하는 비용은, 도 6 에 도시된 바와 같이 전압 센서(15)에 대한 단일 분압기(R3, R4)를 그리고 전류 센서(11)에 대하여 단일 감지 저항(R1)을 채용함으로써 상대적으로 낮게 유지될 수 있다. 단일 분압기(R3, R4) 및 단일 감지 저항(R1)을 채용할 때에, 회전자(5)의 포지션은 상 권선(7)이 여기될 때에만 감지될 수 있다. 이것은 회전자 정렬 포지션에 앞서 상 권선(7)을 정류함으로써 달성된다. 상대적으로 낮은 속도에서, 상 전류는 상대적으로 신속하게 전류 한계로 상승한다. 그러므로 역 EMF에서의 제로-크로싱이 상 권선(7)이 프리휠링하고 있는 때에 한 번 발생할 수도 있다는 것이 가능하다. 이에 상응하여, 제 2 기법의 이러한 특정 구현형태는 비용-효과적이지만 상대적으로 낮은 속도에서는 적합하지 않을 수도 있다. 그러나, 저속에서 제 1 기법을 그리고 고속에서 제 2 기법을 채용함으로써, 비용-효과적인 솔루션이 회전자 속도의 전체 범위 동안 모터(3)를 제어하기 위하여 획득된다.
전력 공급부(2)는 시간에 따라 변동하는 전압을 출력할 수도 있다. 예를 들어, 전력 공급부(2)는 사용 시에 방전하는 배터리를 포함할 수도 있다. 대안적으로는, 전력 공급부(2)는 AC 소스 및 정류된 전압을 제공하는 정류기를 포함할 수도 있다. DC 링크 필터(8)의 커패시턴스에 의존하여, DC 링크 전압은 상대적으로 높은 리플을 가질 수도 있다. 대안적으로는, DC 링크 필터(8)는 정류 전압을 평활화할 수도 있는데, 하지만 AC 소스의 RMS 전압은 시간에 따라 드리프트할 수도 있다. 상 권선(7) 내에서 전류가 상승하는 레이트는 상 전압의 크기에 의존한다. 이에 상응하여, 제 1 무센서 기법을 채용할 때에, 전력 공급부(2)의 전압에서의 임의의 변화는 정렬 포지션이 제어기(13)에 의하여 결정되는 포인트에 영향을 줄 수도 있다. 예를 들어, 전력 공급부(2)의 전압이 증가함에 따라, 상 전류가 상승하는 레이트는 증가하고 따라서 전류-상승 기간의 길이가 감소한다. 만일 동일한 전류-상승 임계가 채용된다면, 전력 공급부(2)의 전압에서의 변화는 정렬 포지션이 더 이른 포인트에서(만일 전압이 증가한다면) 또는 더 늦은 포인트에서(만일 전압이 감소한다면) 결정되도록 야기할 수도 있다. 이에 상응하여, 제어기(13)는 전력 공급부(2)의 전압에서의 변화에 응답하여 상승-시간 임계를 조절할 수도 있다. 특히, 제어기(13)는 상 전압에서의 증가에 응답하여 상승-시간 임계를 감소시킬 수도 있으며, 그 반대의 경우도 마찬가지이다. 결과적으로, 정렬 포지션은 전압의 범위에 걸쳐 개선된 정확도로써 결정될 수도 있다.
상승-시간 임계를 조절하는 것에 추가하여, 제어기(13)는 전력 공급부(2)의 전압에서의 변화에 응답하여 프리휠링 기간을 조절할 수도 있다. 예를 들어, 전력 공급부(2)의 전압이 감소한다면, 상 전류는 여기 동안에 더 느린 레이트에서 상승할 것이고, 따라서 전류 초핑의 주파수는 감소할 것이다. 이를 보상하기 위하여, 더 짧은 프리휠링 기간이 채용될 수도 있다. 좀 더 일반적으로는, 제어기(13)는 위상-전류 파형을 더 양호하게 쉐이핑하기 위하여 회전자 속도 및/또는 공급 전압에서의 변화에 응답하여 전류 한계 및/또는 프리휠링 기간을 조절할 수도 있고, 이를 통하여 모터 시스템(1)의 전력 및/또는 효율을 증가시킨다.
또한 제어기(13)는 전력 공급부(2)의 전압에 의존하는 속도 임계를 채용할 수도 있다. 제 1 무센서 기법을 채용할 때에, 정렬 포지션의 정확도는 전류 초핑의 주파수에 의존한다. 전력 공급부(2)의 전압이 감소함에 따라, 상 전류는 더 느린 레이트로 상승하고, 따라서 전류 초핑의 주파수는 감소한다. 상대적으로 낮은 속도에서는, 전류 초핑의 주파수는 상대적으로 높고 따라서 전력 공급부(2)의 전압에서의 감소가 정렬 포지션의 정확도에 영향을 미치지 않을 것이다. 그러나, 전류 초핑의 주파수가 상대적으로 낮은 상대적으로 높은 속도에서는, 전력 공급부의 전압에서의 감소가 선결정된 포지션의 정확도에 불리하게 영향을 줄 수도 있다. 이에 상응하여, 더 낮은 여기 전압에 대해서는, 더 저속에서 제 2 무센서 기법으로 스위칭하는 것이 바람직할 수도 있다. 제 2 무센서 기법, 오히려 도 6 및 도 7 에서 예시된 특정 실시예를 채용하는 경우, 회전자(5)의 포지션은 오직 상 여기 동안에 결정될 수 있다. 그러므로 제어기(13)는 상 권선(7)이 회전자(5)가 정렬 포지션을 통과하여 지날 때에 여기되는 것을 보장하기 위하여 각각의 정렬 포지션에 앞서서 상 권선(7)을 정류한다. 그러나, 제어기(13)는 상 권선(7) 내의 전류가 전류 한계를 초과할 때마다 상 권선(7)을 프리휠링한다. 그러므로 상 전류가 회전자(5)가 정렬 포지션에 도달하기 이전에 전류 한계를 초과하지 않는 것이 중요하다. 그러므로 속도 임계 및 앞선 기간이, 공칭 공급 전압에 대하여, 상 전류는 회전자(5)가 정렬 포지션을 통과한 이후까지 전류 한계를 초과하지 않도록 선택된다. 그러나, 만일 전력 공급부(2)의 전압이 증가한다면, 상 전류는 더 빠른 레이트로 증가할 것이며 따라서 전류 제한은 시간의 더 이른 포인트에서 도달될 것이다. 이해 가능하게도, 상 전류는 회전자(5)가 정렬 포지션에 도달해 버리기 이전에 전류 제한을 초과할 수도 있다. 이에 상응하여, 더 높은 공급 전압에 대하여, 역 EMF의 크기가 더 클 고속에서 제 2 무센서 기법으로 스위칭하는 것이 바람직할 수도 있다. 그러므로 양자의 무센서 방식은 공급 전압의 크기에 의존하는 속도 임계로부터 혜택을 볼 수 있다. 이에 상응하여, 또한 제어기(13)는 공급 전압의 크기에 의존하는 속도 임계를 채용할 수도 있다. 좀 더 자세하게 설명하면, 제어기(13)는 더 낮은 공급 전압에 대하여 저속 임계를 채용할 수도 있다.
위에서 설명된 제 1 무센서 기법은 회전자(5)의 포지션을 결정하기 위하여 전류-상승 기간을 사용한다. 그러나, 본 출원인은 각각의 프리휠링 기간의 끝에서의 상 전류의 크기가 회전자(5)의 포지션을 결정하기 위하여 역시 사용될 수도 있다는 것을 발견하였다. 위에서 언급된 바와 같이, 제어기(13)는 상 권선(7) 내의 전류가 전류 한계를 초과할 때마다 상 권선(7)을 프리휠링한다. 제어기(13)는 상 권선(7)을 선결정된 프리휠링 기간 동안에 프리휠링하는데, 이 시간 동안에 상 권선(7) 내의 전류는 감쇠한다. 각각의 프리휠링 기간 동안에, 상 권선(7) 내에 유도된 역 EMF는 상 권선(7) 내의 전류의 방향에 반대로 작용한다. 그러므로 상 전류가 감쇄하는 레이트는 역 EMF의 크기에 의존한다. 결과적으로, 각각의 프리휠링 기간의 끝에서의 상 전류의 크기는 상 권선(7)에서의 역 EMF의 크기에 의존한다. 상 권선(7) 내에 유도된 역 EMF의 크기는 무엇보다도 각 회전자(5)의 포지션에 의존한다. 이에 따라, 각각의 프리휠링 기간의 끝에서의 상 전류의 크기는 회전자(5)의 포지션을 결정하기 위하여 사용될 수도 있다.
역 EMF의 파형은 통상적으로 정현파이거나(도 4 및 도 5 에 도시된 바와 같이) 또는 사다리꼴이고, 역 EMF에서의 제로-크로싱은 회전자(5)의 정렬 포지션에서 발생한다. 결과적으로, 회전자(5)가 정렬 포지션에 근접함에 따라, 역 EMF는 감소하고 따라서 각각의 프리휠링 기간의 끝에서의 상 전류의 크기는 증가한다. 그러면 이러한 거동이 회전자(5)의 포지션을 결정하기 위하여 제어기(13)에 의하여 활용될 수도 있다. 특히, 제어기(13)는 각각의 프리휠링 기간의 끝에서 상 전류의 크기를 측정하고 이것을 전류 임계에 대하여 비교할 수도 있다. 상 전류가 전류 임계를 초과하는 경우, 제어기(13)는 회전자(5)가 정렬 포지션에 있다고 결정한다.
도 13 은 제 1 무센서 기법을 구현하는 이러한 대안적 방법을 구현할 때의 하나의 전기적 하프-사이클 동안의 상 전류, 전력 스위치(Q1)에 대한 온/오프 신호, 및 역 EMF에 대한 파형을 예시한다. 이러한 파형들은 회전자(5)의 포지션이 전류-상승 기간이 아니라 각각의 프리휠링 기간의 끝에서의 상 전류의 크기를 사용하여 결정된다는 것을 제외하고는 도 4 의 그것들에 대응한다.
전류-상승 기간이 회전자 포지션을 결정하기 위하여 사용되는 경우, 전류-상승 임계에 대하여 선택된 값들은 제어기(13)에 의하여 결정된 정렬 포지션의 정확도에 영향을 미친다. 이와 유사하게, 프리휠링 기간의 끝에서의 상 전류의 크기가 회전자 포지션을 결정하기 위하여 사용되는 경우, 전류 임계에 대하여 선택된 값은 결정된 정렬 포지션의 정확도에 영향을 미친다. 특히, 만일 전류 임계가 너무 낮게 세팅되면, 제어기(13)는 더 이른 포인트에서의 회전자(5)에 대한 정렬 포지션을 결정할 것이다. 반대로, 전류 임계가 너무 높게 세팅된 경우에는, 제어기(13)는 더 늦은 포인트에서 회전자(5)에 대한 정확도를 결정할 수 있다.
회전자 속도가 증가함에 따라, 전류 초핑의 주파수는 감소한다. 추가적으로, 역 EMF의 크기는 증가하고 따라서 상 전류는 각각의 프리휠링 기간 동안에 더 빠른 레이트에서 감쇄한다. 이에 상응하여, 회전자(5)가 정렬 포지션에 있거나 근처에 있는 경우, 프리휠링 기간의 끝에서의 상 전류의 크기는 더 높은 회전자 속도에서 더 낮을 수 있다. 이것은 예를 들어 회전자 속도가 각각 더 낮거나 더 높은 도 4 및 도 5 에서 목격될 수 있다. 만일 동일한 전류 임계가 회전자 속도와 무관하게 채택된다면, 제어기(13)는 회전자(5)가 더 낮은 회전자 속도에서 동작할 때에는 더 이른 포인트에서 정렬 포지션에 있고 더 높은 회전자 속도에서 동작할 때에는 더 늦은 포인트에 있다고 결정할 가능성이 가장 높다. 이에 따라, 결정된 정렬 포지션의 정확도를 개선하기 위하여, 제어기(13)는 회전자 속도에 따라 변동하는 전류 임계를 채용할 수도 있다. 특히, 제어기(13)는 증가하는 회전자 속도와 함께 감소하는 전류 임계를 채용할 수도 있다. 결과적으로, 전류 초핑의 주파수가 상대적으로 높은 저속에서는, 더 높은 전류 임계가 사용될 수도 있다. 반대로, 전류 초핑의 주파수가 상대적으로 낮은 고속에서는, 더 낮은 전류 임계가 사용될 수도 있다. 결과적으로, 정렬 포지션은 회전자 속도의 범위에 걸쳐 개선된 정확도로써 결정될 수도 있다.
그러므로 두 개의 상이한 방법들이 제 1 무센서 기법을 구현하기 위하여 사용가능하다. 첫 째로, 전류-상승 기간이 회전자의 포지션을 결정하기 위하여 사용된다. 둘 째로, 프리휠링 기간의 끝에서의 상 전류의 크기가 회전자 포지션을 결정하기 위하여 사용된다. 이에 상응하여, 더 일반적 의미에서, 제 1 무센서 기법은 상 권선을 순차적으로 여기 및 프리휠링하는 것을 포함한다고 말할 수도 있다. 권선은 전류 한계를 초과하는 권선 내의 전류에 응답하여 선결정된 프리휠링 기간 동안 프리휠링된다. 그러면 프리휠링 기간의 끝에서의 전류-상승 기간 또는 상 전류의 크기 중 하나에 대응하는 파라미터가 측정된다. 그러면 측정된 파라미터는 임계에 대하여 비교되고, 회전자는 측정된 파라미터가 임계보다 더 적거나(예를 들어 전류-상승 기간이 상승-시간 임계보다 더 적음) 또는 임계보다 더 큰(예를 들어 상 전류의 크기가 전류 임계보다 더 큼) 경우에 정렬 포지션에 있다고 결정된다.
제 1 무센서 기법은 회전자(5)가 정렬 포지션에 접근함에 따라 전류-상승 기간이 감소하고 프리휠링 기간의 끝에서의 상 전류의 크기가 증가한다는 발견을 활용한다. 본 출원인은 또한 회전자(5)가 비정렬된 및 정렬 포지션 사이의 중간점에서 또는 이에 근접할 경우 전류-상승 기간이 최대에 있고 프리휠링 기간의 끝에의 상 전류의 크기가 최소에 있다는 것을 발견하였다. 이에 상응하여, 전류-상승 기간이 상승-시간 임계보다 더 적은 경우 또는 프리휠링 기간의 끝에서의 상 전류가 전류 임계보다 더 큰 경우에 회전자(5)가 정렬 포지션에 있다고 결정하는 것 보다는, 제어기(13)는 그 대신에 전류-상승 기간이 상승-시간 임계보다 더 큰 경우 또는 프리휠링 기간의 끝에서의 상 전류가 전류 임계보다 더 적은 경우에 회전자(5)가 중간점 포지션에 있다고 결정할 수도 있다. 이에 상응하여, 더 일반적 의미에서, 제어기(13)는 측정된 파라미터가 임계보다 더 적거나 더 큰 경우 회전자(5)가 선결정된 포지션에 있다고 결정한다고 말할 수도 있다.
상승-시간 임계 또는 전류 임계의 적합한 선택을 통하여, 회전자(5)에 대한 임의의 선결정된 포지션은 제어기(13)에 의하여 결정될 수도 있다. 예를 들어, 전류-상승 기간이 상승-시간 임계보다 더 적은 경우에 제어기(13)가 회전자(5)가 특정 포지션에 있다고 결정한다고 한다. 상승-시간 임계를 증가시킴으로써, 회전자 포지션은 더 이른 포인트에서 결정될 것이다. 반대로, 감소 상승-시간 임계를 감소시킴으로써, 회전자 포지션은 더 늦은 포인트에서 결정될 것이다. 그러므로 상승-시간 임계 또는 전류 임계의 값들은 비교 동작(측정된 파라미터가 임계보다 적은지 큰지)이 회전자(5)의 특정 선결정된 포지션에 대하여 만족되도록 정의될 수도 있다. 더욱이, 임계의 값은 상 권선(7)에 대한 정류 포인트를 제어하기 위하여 정의될 수도 있다. 예를 들어, 제어기(13)가 상 권선(7)을 전류-상승 기간이 상승-시간 임계보다 더 적다고 결정할 때에 즉시 정류한다고 한다. 더욱이, 상승-시간 임계의 값이 처음에 회전자(5)가 정렬 포지션에 있을 때에 전류-상승 기간이 상승-시간 임계보다 더 적도록 정의된다. 상승-시간 임계의 값을 증가시킴으로써, 전류-상승 기간은 더 이른 포인트에서의 상승-시간 임계보다 더 적을 것이며 따라서 제어기(13)는 정렬 포지션 이전에 정류할 것이다(즉 앞선 정류). 반대로, 상승-시간 임계의 값을 감소시킴으로써, 전류-상승 기간은 더 늦은 포인트에서의 상승-시간 임계보다 더 적을 것이며 따라서 제어기(13)는 정렬 포지션 이후에 정류할 것이다(즉 지연된 정류). 이에 상응하여, 앞선, 동기된 또는 지연된 정류는 상승-시간 임계 또는 전류 임계의 적합한 선택을 통하여 획득될 수도 있다. 그러면 이것은 정류 포인트가 정류 기간(T_COM)을 계산할 필요성이 없이 세팅될 수 있거나 정류 기간을 측정하기 위하여 전용 타이머를 채용한다는 장점을 가진다.
따라서 두 개의 상이한 방법이 제 1 무센서 기법을 구현하기 위하여 설명되어 왔다. 각각에서, 제어기(13)는 상 전류가 전류 한계를 초과할 때까지 상 권선(7)을 여기하는데, 이것에 응답하여 제어기(13)가 선결정된 프리휠링 기간 동안 상 권선(7)을 프리휠링한다. 제 1 무센서 기법을 구현하기 위한 두 개의 다른 방법이 이제 설명될 것이다. 제 3 방법에서, 제어기(13)는 선결정된 프리휠링 기간의 사용을 포기하고, 대신에 전류 상한 및 전류 하한을 채용한다. 그러면 제어기(13)는 상 전류가 전류 상한까지 상승할 때까지 상 권선(7)을 여기하는데, 이 포인트에서 제어기(13)는 상 권선(7)을 프리휠링한다. 그러면 프리휠링은 상 전류가 전류 하한까지 감쇄할 때까지 계속하고, 이 포인트에서 제어기(13)는 다시 상 권선(7)을 여기한다. 그러면 제어기(13)는 상 전류가 전류 하한으로부터 전류 상한까지 상승하기 위하여 걸리는 또는 전류 상한으로부터 전류 하한으로까지 떨어지기 위하여 걸리는 시간을 측정한다. 위에서 언급된 바와 같이, 상 권선(7) 내의 역 EMF의 크기는 상 전류가 여기 동안에 상승하는 그리고 프리휠링 동안에 하강하는 레이트에 영향을 준다. 이에 상응하여, 상 전류가 전류 상한까지 상승하거나 전류 하한까지 하강하는데 걸리는 시간은 회전자(5)의 각 포지션에 의존할 것이다. 그러면 제어기(13)는 측정된 시간을 임계에 대하여 비교하고 측정된 시간이 임계보다 더 적거나 더 큰 경우 회전자(5)가 선결정된 포지션에 있다고 결정한다. 예를 들어, 제어기(13)는 측정된 시간이 임계보다 더 적은 경우 회전자(5)가 정렬 포지션에 있다고 결정할 수도 있다. 제 4 방법에서, 제어기(13)는 상 전류가 전류 한계를 초과할 때까지 상 권선(7)을 처음에 여기한다. 그러면 제어기(13)는 선결정된 프리휠링 기간 동안에 또는 상 전류가 전류 하한까지 하강할 때까지 상 권선(7)을 프리휠링한다. 프리휠링의 끝에서, 제어기(13)는 상 권선(7)을 다시 여기한다. 그러나, 상 전류가 전류 한계를 초과하는 이러한 시간까지 상 권선(7)을 여기하는 것보다, 제어기(13)는 그 대신에 상 권선(7)을 선결정된 여기 기간 동안 여기한다. 여기 기간의 끝에서, 제어기(13)는 상 전류의 크기를 측정하고 이것을 임계에 대하여 비교한다. 상 권선(7) 내의 역 EMF의 크기가 상 전류가 여기 동안에 상승하는 레이트에 영향을 주기 때문에, 여기 기간의 끝에서의 상 전류의 크기는 회전자(5)의 각 포지션에 의존할 것이다. 그러면 제어기(13)는 측정된 시간이 임계보다 더 적거나 더 큰 경우 회전자(5)가 선결정된 포지션에 있다고 결정한다. 예를 들어, 제어기(13)는 측정된 상 전류가 임계보다 더 큰 경우 회전자(5)가 정렬 포지션에 있다고 결정할 수도 있다. 이러한 제 4 방법의 단점은 각각의 여기 기간의 끝에서의 상 전류의 크기가 열악하게 제어된다는 것이다. 결과적으로, 상 전류는 잠재적으로 모터 시스템(1)의 컴포넌트에 손상을 주는 레벨까지 상승할 수 있다. 그러나, 이러한 문제는 상대적으로 짧은 여기 기간을 가짐으로써 완화될 수도 있다.
그러므로 제 1 무센서 기법을 구현하기 위하여 여러 방법들이 가능하다. 방법들과 무관하게, 제 1 무센서 기법은 상 권선(7)을 순차적으로 여기 및 프리휠링하는 것을 수반한다. 그러면 파라미터는 프리휠링의 시작 또는 끝에서 측정된다. 이러한 파라미터는 여기 또는 프리휠링 동안에 상 권선(7) 내의 전류의 변화율에 의존한다. 예를 들어, 파라미터는 프리휠링의 시작 또는 끝에서의 상 전류의 크기일 수도 있고, 또는 파라미터는 여기 동안에 상 전류가 전류 상한까지 상승하거나 프리휠링 동안에 전류 하한까지 떨어지기 위하여 요구되는 시간일 수도 있다.
제 2 무센서 기법은 제 1 및 제 3 신호의 전압이 일치할 때마다 BEMF 신호 내에 에지를 생성한다. 위에서 설명된 실시예에서, 두 개의 신호들은 역 EMF에 제로-크로싱이 존재할 때마다, 즉 회전자(5)가 정렬 포지션에 있는 경우에 전압들이 일치하도록 스케일링된다. 그러나, 신호들은 역 EMF 파형에서의 상이한 포인트에서 즉, 상이한 회전자 포지션에서 일치하도록 스케일링될 수도 있다. 예를 들어, 도 7 에서 예시된 예에서, 제 1 신호의 증가하는 전압은 하강 에지가 더 이른 포인트에서 생성되도록 야기할 것이다. 반대로, 제 1 신호의 감소하는 전압은 하강 에지가 더 늦은 포인트에서 생성되도록 야기할 것이다. 결과적으로, 두 개의 신호의 적합한 스케일링을 통하여, 두 개의 신호의 전압들은 회전자(5)가 특정 선결정된 포지션에 있는 경우에 일치하도록 만들어질 수도 있다.
제 2 무센서 기법은 저항 항(iphRph)이 상대적으로 작고 무시될 수도 있다고 가정한다. 그러나, 필요한 경우 저항 항이 고려될 수도 있다. 예를 들어, 역 EMF 센서(12)는 전류 센서(11)에 의하여 출력되는 신호를 스케일링하여 iphRph에 비례하는 전압을 가진 제 4 신호를 생성하기 위한 증폭기 또는 다른 하드웨어를 포함할 수도 있다. 더 나아가 역 EMF 센서(12)는 제 3 신호의 전압(Lphdiph/dt) 및 제 4 신호의 전압(iphRph)을 합산하여 iphRph + Lphdiph/dt에 비례하는 제 5 신호를 생성하기 위한 합산 증폭기 또는 다른 하드웨어를 포함할 수도 있다. 그러면 비교기(19)는 제 1 신호의 전압(Vph) 및 제 5 신호의 전압(iphRph + Lphdiph/dt)을 비교하고, 에지가 Vph = iphRph + Lph. diph/dt일 때마다 출력 신호에 생성된다. 이에 상응하여, 더 일반적 의미에서, 제 2 무센서 기법은 Vph에 비례하는 전압을 가지는 신호를 생성하는 것, 및 diph/dt에 의존하는 전압을 가지는 다른 신호를 생성하는 것을 포함한다고 말할 수도 있다. 저항 항(iphRph)은 무시될 수도 있는데, 이러한 경우 다른 신호의 전압은 Lph. diph/dt에 비례한다. 대안적으로는, 저항 항이 고려될 수도 있는데, 이러한 경우 다른 신호의 전압은 iphRph + Lphdiph/dt에 비례한다. 그러면 두 개의 신호의 전압들이 비교되고 회전자의 선결정된 포지션은 두 개의 전압이 일치할 때에 결정된다.
위에서 설명된 실시예에서, 제어기(13)는 인버터(9)의 전력 스위치(Q1-Q4)를 제어하기 위한 3 개의 제어 신호(DIR1, DIR2 및 FW#)를 생성한다. 다른 방식이 전력 스위치(Q1-Q4)를 제어하기 위하여 채용될 수도 있다는 것이 인정될 것이다. 일 예로서는, 제어기(13)의 프로세서가 4 개의 전력 스위치(Q1-Q4) 각각에 대한 스위칭 신호(S1-S4)를 생성할 수도 있다. 그러면 제어기(13)의 내부 또는 외부의 하드웨어는 상 전류가 전류 한계를 초과할 때마다 논리적으로 하이인 전류-한계 신호를 생성할 수도 있다. 전류-한계 신호는 스위칭 신호보다 우선함으로써, 스위칭 신호(S1-S4)의 상태와 무관하게, 논리적으로 하이인 전류-한계 신호에 응답하여 상-측 스위치(Q1, Q3)가 개방되도록 한다. 전류-한계 신호를 생성하기 위하여 하드웨어를 채용하는 것은, 제어 시스템(4)이 전류-한계 이벤트에 상대적으로 신속하게 반응할 수 있다는 장점을 가진다.
위에서 설명된 실시예에서, 프리휠링은 높은-측 스위치(Q1, Q3)를 개방하는 것 및 상 권선(7) 내의 전류가 인버터(9)의 하측 루프 주위를 재순환하도록 허용하는 것을 수반한다. 이해가능하게도, 프리휠링은 이 대신에 하측 스위치(Q2, Q4)를 개방하는 것 및 전류가 인버터(9)의 상-측 루프 주위에서 재순환하도록 허용하는 것을 수반한다. 이에 상응하여, 더 일반적 의미에서, 프리휠링은 제로 볼트가 상 권선(7)에 인가되는 것을 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 도 9 에서 예시된 실시예에서, 인버터(9)의 상-측 루프 주위에서의 프리휠링은 바람직하지 않다. 이것은, 그러면 전류 센서(11)의 감지 저항(R1, R2)이 인버터(9)의 상부 다리에 위치되어야 하기 때문이다. 결과적으로, 각각의 감지 저항 양단의 전압(R1, R2)은 플로팅할 것이며 상 전류의 측정을 어렵게 한다.
따라서 단상, 4극 모터(3)를 가지는 모터 시스템(1)에 대해 더욱 참조한다. 그러나, 제어 시스템(4)은 더 적거나 더 많은 개수의 폴을 가지는 모터(3)를 구동하기 위해서도 동일하게 사용될 수도 있다. 단상 모터(3)는 상대적으로 간단하고 따라서 저렴한 제어 시스템(4)이 모터(3)를 제어하기 위하여 채용될 수도 있다는 장점을 가진다. 단상 모터를 제어하기 위한 현존하는 무센서 방식은 일반적으로 역 EMF에서의 제로-크로싱이 기대되는 전기적 사이클 내의 포인트에서 여기를 정지한다. 결과적으로, 모터로 진입되는 전력이 상당히 감소된다. 추가적으로, 모터의 효율 이 감소될 수도 있고 및/또는 토크 리플이 증가될 수도 있다. 이에 반해, 위에서 설명된 무센서 방식은 상 권선을 여기시키는 동안 회전자의 포지션을 감지할 수 있다. 결과적으로, 전력, 효율 또는 토크 리플에 불리하게 영향을 주지 않고 단상 모터를 제어하기 위하여 어떠한 기법도 사용될 수도 있다.
비록 위에서 설명된 무센서 방식이 단상 모터에서 채용되는 경우 특정한 이점을 가지지만, 이들 기법은 다중-위상 모터에서 채용될 수도 있다. 다중-위상 모터에 대하여, 특정 상 권선이 여기되지 않는 기간이 존재할 것이다. 이에 상응하여, 무센서 기법이 회전자의 포지션을 감지하기 위하여 위상 여기에 의존하는 경우, 전류 감지를 하나의 상 권선으로부터 다른 것으로 스위칭할 필요가 있을 것이다.

Claims (14)

  1. 영구 자석 모터의 회전자의 포지션을 결정하는 방법으로서,
    상기 모터의 권선을 순차적으로 여기하고 프리휠링하는 단계로서, 상기 권선은 상기 권선 내의 전류가 전류 한계를 초과하는 것에 응답하여 선결정된 프리휠링 기간 동안 프리휠링되는, 단계;
    상기 프리휠링 기간의 끝에서의 상기 권선 내의 전류의 크기 및 상기 프리휠링 기간의 시작 또는 끝 및 상기 권선 내의 전류가 상기 전류 한계를 초과하는 시간 사이의 간격 중 하나에 대응하는 파라미터를 측정하는 단계;
    측정된 파라미터를 임계에 대하여 비교하는 단계: 및
    측정된 파라미터가 상기 임계보다 적거나 또는 큰 것 중 하나인 경우 상기 회전자가 선결정된 포지션에 있다고 결정하는 단계를 포함하는, 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 파라미터의 측정 또는 비교는 상기 회전자가 선결정된 포지션에 있다고 결정한 이후에 일정 서스펜션 기간 동안 정지(停止)되는, 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 모터의 속도에서의 변화에 응답하여 상기 서스펜션 기간을 조절하는 단계를 포함하는, 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 모터 속도에서의 증가에 응답하여 상기 서스펜션 기간을 감소시키는 단계를 포함하는, 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 모터의 속도에서의 변화에 응답하여 상기 임계를 조절하는 단계를 포함하는, 방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 파라미터는 상기 프리휠링 기간의 시작 또는 끝 및 상기 권선 내의 전류가 상기 전류 한계를 초과하는 시간 사이의 간격이고,
    상기 방법은, 상기 모터의 속도에서의 증가에 응답하여 상기 임계를 증가시키는 단계를 포함하는, 방법.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 파라미터는 상기 프리휠링 기간의 끝에서의 상기 권선 내의 전류의 크기이고,
    상기 방법은, 상기 모터의 속도에서의 증가에 응답하여 상기 임계를 감소시키는 단계를 포함하는, 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 파라미터는 상기 프리휠링 기간의 시작 또는 끝 및 상기 권선 내의 전류가 상기 전류 한계를 초과하는 시간 사이의 간격이고, 상기 권선은 여기 전압으로써 여기되며,
    상기 방법은, 상기 여기 전압의 크기에 의존하는 임계를 채용하는 단계를 포함하는, 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 방법은 더 높은 여기 전압에 대하여 더 낮은 임계를 채용하는 단계를 포함하는, 방법.
  10. 무브러시 영구자석 모터를 제어하는 방법으로서,
    제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따라서 상기 모터의 회전자의 포지션을 결정하는 단계, 및
    상기 회전자가 선결정된 포지션에 있다고 결정하는 것에 응답하여 상기 권선을 정류(commutating)하는 단계를 포함하는, 방법.
  11. 무브러시 영구자석 모터에 대한 제어 시스템으로서,
    제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에서 청구되는 바와 같은 방법을 수행하는, 제어 시스템.
  12. 무브러시 영구자석 모터에 대한 제어 시스템으로서,
    제 10 항에서 청구되는 바와 같은 방법을 수행하는, 제어 시스템.
  13. 무브러시 영구자석 모터 및 제 11 항에서 청구되는 바와 같은 제어 시스템을 포함하는, 모터 시스템.
  14. 제 13 항에 청구된 바와 같은 모터 시스템으로서,
    상기 모터는 단상 권선을 포함하는, 모터 시스템.
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