KR101749522B1 - A device of Hall sensors installation position error correction for BLDC motors having linear Hall sensors and a method thereof - Google Patents

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KR101749522B1 KR1020160053039A KR20160053039A KR101749522B1 KR 101749522 B1 KR101749522 B1 KR 101749522B1 KR 1020160053039 A KR1020160053039 A KR 1020160053039A KR 20160053039 A KR20160053039 A KR 20160053039A KR 101749522 B1 KR101749522 B1 KR 101749522B1
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Abstract

본 발명은 영구자석을 포함하는 회전자와, 상기 회전자의 둘레에서 자기력을 형성하기 위한 코일이 권선된 고정자와, 상기 회전자의 바깥 둘레에 설치되어 홀 효과에 의해 출력 신호를 생성하는 세 개의 선형 홀 센서를 포함하는 BLDC모터의 홀 센서 장착 위치 오차 보정 장치에 있어서, 상기 세 개의 선형 홀 센서로부터 출력되는 각각의 출력 신호 H1, H2, H3를 검출하는 검출부와, 상기 검출부에서 검출된 출력 신호 H1, H2, H3를 직교하는 2상의 변환 신호 Ha, Hb로 변환하고, 변환신호 Ha, Hb를 정규화된 신호 Han, Hbn으로 변환하는 변환부와, 상기 변환부에서 출력되는 정규화된 변환 신호 Han, Hbn으로부터 모터의 회전 각도를 산출하는 연산부를 포함하고, 상기 변환부에서 출력 신호 H1, H2, H3를 직교하는 2상의 변환 신호 Ha, Hb로 변환하는 것은 클락 변환(Clarke Transformation)에 의해 이루어지는 것을 특징으로 한다. The present invention relates to a stator having a rotor including a permanent magnet, a stator having a coil wound around the rotor to form a magnetic force, and a stator wound around the stator to generate an output signal A Hall sensor mounting position error correction apparatus of a BLDC motor including a linear Hall sensor, the apparatus comprising: a detection section for detecting output signals H 1 , H 2 and H 3 output from the three linear Hall sensors; Converting the output signals H 1 , H 2 and H 3 into orthogonal two-phase converted signals H a and H b and converting the converted signals H a and H b into normalized signals H an and H bn ; And a calculation unit for calculating a rotation angle of the motor from the normalized conversion signals H an and H bn output from the conversion unit, wherein the conversion unit converts the output signals H 1 , H 2 and H 3 into two-phase conversion signals H converted to a, b and H It is characterized in that is made by Clarke transformation (Clarke Transformation).

Description

선형 홀 센서를 갖는 BLDC모터의 홀 센서 장착 위치 오차 보정 장치 및 방법{A device of Hall sensors installation position error correction for BLDC motors having linear Hall sensors and a method thereof}FIELD OF THE INVENTION [0001] The present invention relates to a Hall sensor mounting position error correction apparatus and method for a BLDC motor having a linear Hall sensor,

본 발명은 BLDC 모터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 BLDC모터에 있어서 회전자의 위치 또는 회전 속도를 검출하기 위하여 선형 홀 센서를 이용하는 경우에 있어서, 홀 센서의 장착 위치 오차를 보정하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a BLDC motor, and more particularly, to an apparatus and a method for correcting a mounting position error of a hall sensor in a case where a linear hall sensor is used to detect the position or rotational speed of the rotor in a BLDC motor .

BLDC(Brushless Direct Current) 모터는 통상의 DC(Direct Current) 모터가 갖는 브러쉬(Brush)를 없앤 것으로써, 회전자에는 영구자석이 구비되고, 고정자에 권선된 코일에 공급되는 전류에 의해 형성되는 자기력으로 구동된다. 이러한 BLDC모터는 종래 브러쉬를 포함하는 모터 구조에 수반되던 기계적인 마찰이 없기 때문에, 고속 및 고효율 구동이 가능하고, 소음과 진동이 없으며 내구성이 우수하다. 이러한 장점으로 BLDC 모터는 각종 전자제품, 의료기기, 군수용품, 항공기기 등 다양한 분야에 광범위하게 적용되고 있다. A brushless direct current (BLDC) motor removes the brush of a conventional direct current (DC) motor. The brush has a permanent magnet. The permanent magnet is provided in the rotor. A magnetic force . Since such a BLDC motor has no mechanical friction involved in a motor structure including a conventional brush, it is capable of high-speed and high-efficiency driving, has no noise and vibration, and is excellent in durability. Because of these advantages, BLDC motors are widely applied to various electronic products, medical devices, military supplies, and aviation equipment.

BLDC 모터의 고정자에는 통상적으로 3상 코일이 권선되고, 별도의 정류회로에서 제어된 전류가 각 코일에 공급된다. 3상 코일에 공급되는 전류는 회전자의 위치에 따라 제어되어야 하므로, 이를 위해 회전자의 위치를 검출할 수 있는 홀 센서(Hall-Effect Sensor, "Hall sensor"라고도 함)가 함께 사용된다. 도1을 참조하여 좀 더 상세히 설명하면, 일반적으로 BLDC 모터(10)에는 회전자(R) 둘레에 3개의 홀 센서 hA, hB, hC가 구비된다. 홀 센서 hA, hB, hC는 영구자석이 결합된 회전자(R)가 회전할 때 변화하는 자기장에 의해 '0'(Low)과 '1'(High)의 신호를 출력한다. 세 개의 홀 센서 hA, hB, hC에서 검출되는 신호를 순서대로 ABC라고 할 때, 회전자(R)의 회전에 따라서 예를 들어 100, 110, 010, 011, 001, 101의 6가지 신호가 순차로 반복되며 출력된다. 세 개 홀센서 hA, hB, hC의 배열상 000 또는 111은 출력될 수 없으므로, 위 6가지 신호에 의해 회전자(R)의 위치는 60°(도) 단위로 검출될 수 있으며, 이에 의해 고정자에 공급되는 전류가 제어된다. The stator of the BLDC motor is usually wound with a three-phase coil, and a controlled current is supplied to each coil in a separate rectifying circuit. Since the current supplied to the three-phase coil must be controlled according to the position of the rotor, a hall sensor (Hall-Effect Sensor, also referred to as a Hall sensor) capable of detecting the position of the rotor is used together. 1, generally, in a BLDC motor 10, three Hall sensors h A , h B , and h C are provided around a rotor R. Hall sensors h A , h B and h C output signals of '0' (Low) and '1' (High) by a magnetic field which changes when the rotor R to which the permanent magnet is coupled rotates. When the signals detected from the three hall sensors h A , h B and h C are sequentially referred to as ABC, six signals of, for example, 100, 110, 010, 011, 001 and 101 The signals are repeated and output in sequence. Since the three Hall sensors h A , h B , and h C can not output 000 or 111 in the arrangement, the position of the rotor R can be detected in 60 ° (degrees) by the above six signals, Whereby the current supplied to the stator is controlled.

상술한 종래의 BLDC 모터(10)에 사용된 홀 센서 hA, hB, hC는 디지털 신호를 출력하는 래치(Latch) 타입의 홀 센서였다. 래치(Latch) 타입 홀 센서를 이용하는 경우 고속 운전 구간에서는 회전자의 위치나 회전 속도를 산출하는데 큰 문제가 없으나, 전술한 바와 같이 회전자(R)의 위치가 60°(도) 단위로 검출되기 때문에 저속 운전 구간에서는 회전자의 위치나 회전 속도를 정확히 산출하기 어려운 문제가 있었다. The hall sensors h A , h B , and h C used in the above-described conventional BLDC motor 10 were latch type Hall sensors that output digital signals. When a latch type Hall sensor is used, there is no great problem in calculating the position or rotational speed of the rotor in the high-speed operation period. However, as described above, when the position of the rotor R is detected in units of 60 degrees Therefore, there is a problem in that it is difficult to accurately calculate the position and rotational speed of the rotor in the low-speed operation section.

이러한 문제점을 해결하고자 본 출원의 발명자인 송치영은 대한민국 특허 공개 제10-2008-0097732호(이하, “ '732 특허”라 한다)에서 “선형 홀 센서를 이용한 브러시리스 DC 모터 및 이 모터 속도 신호 구현 방법”을 제안한 바 있다. '732 특허를 참조하여 좀 더 상세히 설명하면, BLDC모터 내에 설치되는 세 개의 선형 홀 센서는 120°(도) 위상차를 갖는 정현파 형태의 출력을 갖는다. 세 개의 홀 신호(hA, hB, hC)의 출력을 2차원 평면상의 좌표값으로 변환하고, A상의 좌표값(x1, y1)과 B상의 좌표값(x2, y2)의 합인 P(x1+x2, y1+y2)가 x축과 이루는 각(θ)의 변위량은 다음 식(1)로 나타낼 수 있다.In order to solve these problems, Song Chi-young, inventor of the present application, disclosed in Korean Patent Application No. 10-2008-0097732 (hereinafter referred to as " the 732 patent ") that " a brushless DC motor using a linear hall sensor, Method ". To describe in more detail with reference to the '732 patent, three linear Hall sensors installed in a BLDC motor have a sinusoidal output having a 120 ° (phase) phase difference. Converting the output of the three holes signal (h A, h B, h C) into coordinate values on the two-dimensional plane, and the coordinate values on the A (x 1, y 1) and the coordinate value on the B (x 2, y 2) The displacement amount of the angle? Formed by the sum of P (x 1 + x 2 , y 1 + y 2 ) and the x axis can be expressed by the following equation (1).

Figure 112016041549217-pat00001
, (
Figure 112016041549217-pat00002
) 식(1)
Figure 112016041549217-pat00001
, (
Figure 112016041549217-pat00002
) Equation (1)

위 식(1)에 의한 각(θ)의 변위량이 회전자의 변위량을 나타내며, 그 시간에 대한 변화율을 계산하면 회전자의 속도를 계산할 수 있다. 또한, '732특허에 제시된 바와 같이 P(x1+x2, y1+y2)가 제1,2,3,4 사분면 어디에 있더라도 각(θ)의 변위량 및 속도가 계산될 수 있다. The displacement of the angle (θ) according to the above equation (1) represents the amount of displacement of the rotor, and the speed of the rotor can be calculated by calculating the rate of change with time. In addition, the '732 patent, as shown at P (x 1 + x 2, y 1 + y 2) where, even if the second and fourth quadrant are the displacement and velocity of each (θ) can be calculated.

이와 같이 선형 홀 센서를 이용하는 방법은 종래 래치 타입 홀 센서를 이용하는 방법에 비하여 회전자의 위치 및 속도를 정확하게 산출할 수 있었다. 특히 저속 운전 구간에서 모터의 위치 및 속도 산출이 필요한 경우 유용하게 활용될 수 있었다. As described above, the method using the linear Hall sensor can accurately calculate the position and speed of the rotor compared with the conventional method using the latch type Hall sensor. Especially, it can be useful when the position and speed of the motor are required to be calculated in the low speed operation region.

한편, 선형(Linear) 홀 센서는 일반적으로 자속 밀도(Magnetic Flux Density)에 선형적으로 비례하는 출력 전압(Output Voltage)을 가지며(도2 참조), 선형 홀 센서에 가해지는 자속 밀도는 회전자에 장착된 영구자석과의 거리(effective air gap, EAG)에 반비례 한다(도3 참조). 따라서 종래에 선형 홀 센서를 BLDC모터에 이용하는 경우에 있어서, 선형 홀 센서의 장착 위치에 오차가 있는 경우 선형 홀 센서의 출력 전압이 크게 변동되는 문제가 있었다. 도 4를 참조하여 좀 더 상세히 설명하면, 세 개의 선형 홀 센서 H1, H2, H3는 회전자 중심에 대하서 서로 120°(도)를 이루면서 회전자로부터 이격되는 각각의 거리 d1, d2, d3 가 동일한 것이 바람직하다. 세 개의 선형 홀 센서 H1, H2, H3가 정위치에 설치되었을 때 검출되는 각각의 출력 신호 H1, H2, H3는 도 5에 도시된 바와 같이 120°(도) 위상차를 갖는 정현파 형태로 나타나는 것이 가장 이상적이다. 그러나 모터의 제조 공정에서 발생할 수 있는 여러 요인에 의해 선형 홀 센서를 오차 없이 정위치에 설치하기는 현실적으로 매우 어려울 뿐만 아니라, 선형 홀 센서의 장착 오차를 줄일수록 이는 모터의 생산 단가 상승 요인으로 작용하게 된다.On the other hand, a linear Hall sensor generally has an output voltage linearly proportional to the magnetic flux density (see FIG. 2), and the magnetic flux density applied to the linear Hall sensor is applied to the rotor And is inversely proportional to the effective air gap (EAG) between the permanent magnets (see FIG. 3). Therefore, when the conventional linear Hall sensor is used for a BLDC motor, there is a problem that the output voltage of the linear Hall sensor fluctuates greatly when there is an error in the mounting position of the linear Hall sensor. If further described in detail with reference to Figure 4, the three linear Hall sensors H1, H2, H3, respectively of the distance yirumyeonseo each other 120 ° standing treat the rotor center (degrees) away from the rotor d 1, d 2, d 3 are preferably the same. The output signals H 1 , H 2 and H 3 detected when the three linear Hall sensors H 1 , H 2 and H 3 are installed in the correct positions are formed in the form of a sine wave having a phase difference of 120 ° (degrees) It is most ideal to appear. However, due to various factors that may occur in the motor manufacturing process, it is practically very difficult to install the linear Hall sensor in the correct position without error. In addition, as the mounting error of the linear Hall sensor is reduced, do.

그런데 이와 같이 선형 홀 센서의 장착 위치에 오차가 생기면 모터의 위치 및 회전 속도를 정확히 측정할 수 없는 문제가 발생한다.However, if the mounting position of the linear Hall sensor is deviated in this manner, there arises a problem that the position and rotational speed of the motor can not be accurately measured.

대한민국 특허 공개 제10-2008-0097732호Korean Patent Publication No. 10-2008-0097732

본 발명은 이러한 문제점을 해결 하기 위한 것으로, 선형 홀 센서를 갖는 BLDC모터에 있어서 홀 센서 장착 위치에 오차가 있어도 모터의 위치 및 속도를 정확하게 산출할 수 있는 홀 센서 장착 위치 오차 보정 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems and provides a device and method for correcting a position error of a Hall sensor mounted on a BLDC motor having a linear Hall sensor so that the position and speed of the motor can be accurately calculated even when there is an error in the Hall sensor mounting position .

또한, 본 발명은 홀 센서 장착 위치를 물리적으로 변경하지 않고서도 모터의 위치 및 속도를 정확하게 산출할 수 있는 홀 센서 장착 위치 오차 보정 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. It is another object of the present invention to provide an apparatus and method for correcting a position error of a hall sensor, which can precisely calculate the position and speed of a motor without physically changing the position of the hall sensor.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 영구자석을 포함하는 회전자와, 상기 회전자의 둘레에서 자기력을 형성하기 위한 코일이 권선된 고정자와, 상기 회전자의 바깥 둘레에 설치되어 홀 효과에 의해 출력 신호를 생성하는 세 개의 선형 홀 센서를 포함하는 BLDC모터의 홀 센서 장착 위치 오차 보정 장치에 있어서, According to an aspect of the present invention, there is provided a stator comprising: a rotor including a permanent magnet; a stator having a coil wound around the rotor to form a magnetic force; 1. A Hall sensor mounting position error correction apparatus for a BLDC motor including three linear Hall sensors for generating a signal,

상기 세 개의 선형 홀 센서로부터 출력되는 각각의 출력 신호 H1, H2, H3를 검출하는 검출부와, 상기 검출부에서 검출된 출력 신호 H1, H2, H3를 직교하는 2상의 변환 신호 Ha, Hb로 변환하고, 변환신호 Ha, Hb를 정규화된 신호 Han, Hbn으로 변환하는 변환부와, 상기 변환부에서 출력되는 정규화된 변환 신호 Han, Hbn으로부터 모터의 회전 각도를 산출하는 연산부를 포함하고, 상기 변환부에서 출력 신호 H1, H2, H3를 직교하는 2상의 변환 신호 Ha, Hb로 변환하는 것은 클락 변환(Clarke Transformation)에 의해 이루어지는 것을 특징으로 한다. The three linear Hall respective output signals outputted from the sensor H 1, H 2, and a detection unit for detecting the H 3, detected by the detector output signal H 1, H 2, H 3 2 converted signal H on the perpendicular to the converted to a, H b, and the rotation of the motor from the converted signal H a, conversion unit, and a normalized transform signal H an, H bn outputted from the conversion unit for converting a H b signals H an, H bn normalizes And an arithmetic unit for calculating an angle. The conversion unit converts the output signals H 1 , H 2 and H 3 into orthogonal transform signals H a and H b orthogonal to each other by means of Clarke Transformation .

또한, 이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 영구자석을 포함하는 회전자와, 상기 회전자의 둘레에서 자기력을 형성하기 위한 코일이 권선된 고정자와, 상기 회전자의 바깥 둘레에 설치되어 홀 효과에 의해 출력 신호를 생성하는 세 개의 선형 홀 센서를 포함하는 BLDC모터의 홀 센서 장착 위치 오차 보정 방법에 있어서, According to another aspect of the present invention, there is provided a stator comprising: a rotor including a permanent magnet; a stator having a coil wound around the rotor to form a magnetic force; A method for correcting a position error of a Hall sensor mounted on a BLDC motor, comprising the steps of:

상기 세 개의 선형 홀 센서로부터 출력되는 각각의 출력 신호 H1, H2, H3를 검출하는 검출단계와, 상기 검출단계에서 검출된 출력 신호 H1, H2, H3를 직교하는 2상의 변환 신호 Ha, Hb로 변환하고, 변환신호 Ha, Hb를 정규화된 신호 Han, Hbn으로 변환하는 변환단계와, 상기 변환단계에서 출력되는 정규화된 변환 신호 Han, Hbn으로부터 모터의 회전 각도를 산출하는 연산단계를 포함하고, 상기 변환 단계는 클락 변환(Clarke Transformation)에 의해 이루어지는 것을 특징으로 한다. A detection step of detecting each of the output signals H 1 , H 2 , and H 3 output from the three linear hall sensors; and a detection step of detecting output signals H 1 , H 2 and H 3 detected in the detection step, signal H a, converted to a H b, and the converted signal H a, and a conversion step of converting a H b signals H an, H bn normalize the motor from the normalized transform signal H an, H bn outputted from the conversion step And a calculating step of calculating a rotation angle of the rotor, wherein the converting step is performed by Clarke Transformation.

이러한 본 발명의 홀 센서 장착 위치 오차 보정 장치 및 방법에 의하면 홀 센서 장착 위치에 오차가 있다고 하더라도 모터의 회전 각도 및 회전 속도를 정확하게 산출할 수 있는 효과가 있다. According to the apparatus and method for correcting a position error of a hall sensor, it is possible to accurately calculate a rotation angle and a rotation speed of the motor even if there is an error in the hall sensor mounting position.

또한, 이러한 본 발명의 홀 센서 장착 위치 오차 보정 장치 및 방법을 활용하면, 홀 센서의 장착 위치에 오차를 물리적으로 수정하지 않더라도 모터의 회전 각도를 정확하게 산출 할 수 있고, 그에 따라 모터 생산 단가를 절감할 수 있는 효과가 있다. In addition, by utilizing the apparatus and method for correcting a position error of a hall sensor according to the present invention, it is possible to accurately calculate the rotation angle of the motor without physically correcting the error in the mounting position of the hall sensor, There is an effect that can be done.

도1은 일반적인 BLDC모터의 구조를 도시한 개략도.
도2는 홀 센서에 가해지는 자속 밀도(Magnetic Flux Density)와 그에 따른 홀 센서의 출력 전압(Output Voltage)의 관계를 도시한 그래프.
도3은 홀 센서로부터 영구자석까지의 거리(EAG)와 그에 따라 영구자석이 홀 센서에 미치는 자속 밀도의 관계를 도시한 그래프.
도4는 BLDC모터에 있어서 회전자와 홀 센서간의 배치 관계를 도시한 도면.
도5는 도4의 BLDC모터에 있어서 홀 센서의 출력 신호를 도시한 그래프.
도6은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 선형 홀 센서를 갖는 BLDC모터의 홀 센서 장착 위치 오차 보정 장치를 도시한 도면.
도7은 도6의 홀 센서 장착 위치 오차 보정 장치의 검출부에서 검출되는 출력 신호의 파형을 도시한 그래프.
도8은 도6의 홀 센서 장착 위치 오차 보정 장치의 변환부에서 출력되는 정규화된 변환 신호의 파형을 도시한 그래프.
도9는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 선형 홀 센서를 갖는 BLDC모터의 홀 센서 장착 위치 오차 보정 방법을 도시한 순서도.
도10은 선형 홀 센서를 갖는 BLDC모터의 회전 각도 검출에 있어서 본 발명의 홀 센서 장착 위치 오차 보정 장치 및 방법을 이용하여 모터의 회전 각도를 검출한 시험 결과를 캡쳐한 그래프.
1 is a schematic view showing a structure of a general BLDC motor.
2 is a graph showing a relationship between a magnetic flux density applied to the Hall sensor and an output voltage of the Hall sensor.
3 is a graph showing the relationship between the distance (EAG) from the hall sensor to the permanent magnet and the magnetic flux density of the permanent magnet on the Hall sensor accordingly.
4 is a diagram showing the arrangement relationship between a rotor and a Hall sensor in a BLDC motor;
5 is a graph showing an output signal of the Hall sensor in the BLDC motor of Fig.
6 is a view showing an apparatus for correcting a position error of a Hall sensor mounted on a BLDC motor having a linear Hall sensor according to a preferred embodiment of the present invention.
7 is a graph showing the waveform of an output signal detected by the detection unit of the hall sensor mounting position error correction apparatus of FIG.
8 is a graph showing a waveform of a normalized converted signal output from the converting unit of the Hall sensor mounting position error correction apparatus of FIG.
9 is a flowchart showing a Hall sensor mounting position error correction method of a BLDC motor having a linear Hall sensor according to a preferred embodiment of the present invention.
10 is a graph showing a test result obtained by detecting a rotation angle of a motor by using an apparatus and method for correcting a position error of a hall sensor according to the present invention in detecting a rotational angle of a BLDC motor having a linear hall sensor.

이하에서는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 선형 홀 센서를 갖는 BLDC모터의 홀 센서 장착 위치 오차 보정 장치 및 방법을 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하의 실시예는 본 발명의 기술사상을 실시하기 위한 예시적인 설명을 제공하는 것으로, 본 발명의 권리범위가 그러한 실시예에 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 발명의 권리범위는 청구범위에 기재된 사항에 따라 가장 넓게 해석되어야 한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, an apparatus and method for correcting a position error of a Hall sensor of a BLDC motor having a linear Hall sensor according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The following embodiments provide exemplary explanations for implementing the technical idea of the present invention, and the scope of the present invention should not be construed as being limited to such embodiments. The scope of the present invention is to be interpreted broadly in accordance with the description in the claims.

본 명세서 전체에 있어서, "모터의 위치"는 정확하게는 "모터 회전자의 위치"를 말한다. 또한, "모터의 속도"는 정확하게는 "모터 회전자의 속도"를 말한다. 또한, "위치"는 모터 회전자가 기준점으로부터 회전한 각도를 의미하는 용어로써, "회전 각도" 또는 "변위량"도 같은 의미로 사용된다. 또한, "속도"는 모터 위치의 시간에 대한 변화율을 의미하는 용어로써, "회전 속도"도 같은 의미로 사용된다. Throughout this specification, "position of motor" refers precisely to "position of motor rotor. &Quot; Also, "motor speed" refers to exactly "motor rotor speed". The term "position" means a rotation angle of the motor rotor from the reference point, and "rotation angle" or "displacement amount" The term "speed" means a rate of change of the motor position with respect to time, and "rotational speed"

또한, 본 발명의 “선형 홀 센서를 갖는 BLDC모터의 홀 센서 장착 위치 오차 보정 장치”는 “홀 센서 장착 위치 오차 보정 장치”로 약칭되기도 한다. 또한, 본 발명의 “선형 홀 센서를 갖는 BLDC모터의 홀 센서 장착 위치 오차 보정 방법”은 “홀 센서 장착 위치 오차 보정 방법”으로 약칭되기도 한다. Further, the "Hall sensor mounting position error correction device of a BLDC motor having a linear Hall sensor" of the present invention is abbreviated as "Hall sensor mounting position error correction device". Further, the "Hall sensor mounting position error correction method of a BLDC motor having a linear Hall sensor" of the present invention is abbreviated as "Hall sensor mounting position error correction method".

도6을 참조하면, 본 발명에 따른 선형 홀 센서를 갖는 BLDC모터의 홀 센서 장착 위치 오차 보정 장치는 BLDC모터(이하,“모터”라고도 약칭 한다.) 내에 설치되는 세 개의 선형 홀 센서로부터 출력 신호를 검출하는 검출부(110)를 포함한다. 검출부(110)를 통해 검출되는 출력 신호는 예를 들면 도7과 같다. 선형 홀 센서 H1, H2, H3의 장착 위치 오차의 영향으로 인해 모터 고정자의 영구자석과 각 홀 센서 사이의 거리 d1, d2, d3 는 완전히 동일할 수는 없고 조금씩 차이가 있다. 따라서 각 홀 센서에서 출력되는 신호 H1, H2, H3는 도5의 이상적인 경우와는 달리 진폭이 서로 다르게 된다. 본 실시예에 있어서는 도7에 도시된 바와 같이 H1의 진폭이 가장 크고, H2가 가장 작으며, H3는 중간 크기를 갖는다. 6, an apparatus for correcting a Hall sensor mounting position error of a BLDC motor having a linear Hall sensor according to the present invention includes a linear Hall sensor for detecting an output signal from three linear Hall sensors installed in a BLDC motor (hereinafter also referred to as a " And a detection unit 110 for detecting the detection signal. The output signal detected through the detection unit 110 is, for example, as shown in FIG. The distances d 1 , d 2 and d 3 between the permanent magnet of the motor stator and each hall sensor can not be completely equal due to the influence of the mounting position error of the linear Hall sensors H 1, H 2 and H 3 , but are slightly different. Therefore, the signals H 1 , H 2 , and H 3 output from the hall sensors have different amplitudes from those of the ideal case shown in FIG. In this embodiment, as shown in FIG. 7, the amplitude of H 1 is the largest, H 2 is the smallest, and H 3 is the medium size.

이러한 세 출력 신호 H1, H2, H3를 이용하여 모터 회전자의 회전 각도를 산출하기 위해서 각 신호 H1, H2, H3의 최대값과 최소값을 구해 정규화하는 방법을 생각해 볼 수 있다. 그런데 이렇게 하기 위하여는 회전자를 한 바퀴 이상 회전시키면서 매 순간의 출력 신호를 측정해야 하므로 제어기의 연산량이 증가하고, 노이즈(특이 값)의 영향으로 최대값 및/또는 최소값이 특이 값으로 변형되어 반영되는 문제가 생길 수 있다. 따라서 본 출원인은 이보다 더욱 안정적인 방법을 제안하고자 한다. 그것은 세 개의 선형 홀 센서에서 검출되는 신호를 2상 회전 영역으로 변환하여 해석하는 것이다. 클락 변환(Clarke Transformation)(알파-베타 변환(Alpha-beta Transformation)이라고도 함)은 3상 회로(three-phase circuits)를 직교하는 2상 영역(Orthogonal two-phase rotating domain)으로 변환하여 해석하는데 유용한 것으로 알려져 있다. 본 출원인은 이러한 클락 변환을 선형 홀 센서를 갖는 BLDC모터의 회전 각도를 검출하는데 이용하는 방법을 제안하고자 한다. In order to calculate the rotation angle of the motor rotor using these three output signals H 1 , H 2 , and H 3 , a method of normalizing the maximum and minimum values of the signals H 1 , H 2 , and H 3 may be considered . However, in order to do this, since the output signal of each moment must be measured while rotating the rotor more than one turn, the calculation amount of the controller increases and the maximum value and / or the minimum value is deformed to a specific value due to the influence of noise (singular value) There may arise a problem that Therefore, the Applicant intends to propose a more stable method. It converts signals detected by three linear Hall sensors into a two-phase rotation domain and analyzes them. Clarke Transformation (also known as Alpha-beta Transformation) is useful for transforming and interpreting three-phase circuits into an orthogonal two-phase rotating domain. . The Applicant proposes a method of using this clock conversion to detect the rotation angle of a BLDC motor having a linear Hall sensor.

이를 위하여 본 발명의 홀 센서 장착 위치 오차 보정 장치는 검출부에서 검출된 신호 H1, H2, H3를 90°(도)의 위상차를 갖는 Ha(사인파) 및 Hb(코사인파)의 정현파로 변환하는 변환부(120)를 갖는다. 좀 더 상세히 설명하면, 변환부(120)는 아래의 식(2) 및 식(3)에 의해 H1, H2, H3를 Ha, Hb로 변환한다. To this end, the Hall sensor mounting position error correction apparatus of the present invention corrects the signals H 1 , H 2 , and H 3 detected by the detecting unit by using a sine wave of H a (sine wave) and H b (cosine wave) And a conversion unit 120 for converting the input data into a digital signal. More specifically, the conversion unit 120 converts H 1 , H 2 , and H 3 into H a and H b by the following equations (2) and (3).

Figure 112016041549217-pat00003
식(2)
Figure 112016041549217-pat00003
Equation (2)

Figure 112016041549217-pat00004
식(3)
Figure 112016041549217-pat00004
Equation (3)

변환된 신호 Ha 및 Hb가 나타내는 신호의 파형은 도8과 같다. 즉, Ha와 Hb는 90°(도)의 위상차를 갖는 사인파와 코사인파로 나타난다. 따라서, Ha가 0(zero)을 지날 때, Hb는 최대값 또는 최소값을 가지며, Hb가 0(zero)을 지날 때 Ha는 최대값 또는 최소값을 갖는다. 다시 말하면, Ha가 0(zero)인 지점에서 Hb를 검출하여 양의 값이면 최대값, 음의 값이면 최소값이 되고, Hb가 0(zero)인 지점에서 Ha를 검출하여 양의 값이면 최대값, 음의 값이면 최소값이 된다. Ha와 Hb 각각은 검출된 최대값과 최소값을 이용하여 Han 및 Hbn으로 정규화(normalization) 될 수 있다. The waveforms of the signals indicated by the converted signals H a and H b are shown in FIG. That is, H a and H b are represented by a sine wave and a cosine wave having a phase difference of 90 ° (degrees). Thus, when H a is passed to 0 (zero), H b is passed as a maximum or minimum value has a, H b is 0 (zero) H has a maximum or minimum values. That is, H a that detects a H b from the point 0 (zero) if the amount of the maximum value, if a negative value is the minimum value, H b is to detect the H a at the point 0 (zero) the amount of If it is a value, it is a maximum value. If it is a negative value, it is a minimum value. Each of H a and H b can be normalized to H an and H bn using the detected maximum and minimum values.

한편, 홀 센서에서 출력되는 신호 H1, H2, H3의 진폭의 차이가 클 경우, 즉 고정자의 영구자석과 각 홀 센서 사이의 거리 d1, d2, d3 가 서로 차이가 큰 경우는 Ha와 Hb의 위상차가 90°(도)를 벗어날 수도 있다. 이러한 경우는 본 발명의 홀 센서 장착 위치 오차 보정 장치 및 방법을 적용하기보다는 홀 센서의 장착 위치를 물리적으로 보정해 주는 것이 바람직할 수 있다. 그러나 홀 센서의 장착 위치가 일정한 오차 범위 내에 있는 경우, 즉 d1, d2, d3 의 차이가 크지 않은 경우, Ha와 Hb의 위상차는 대체로 90°(도)를 크게 벗어나지 않으므로, 본 발명의 홀 센서 장착 위치 오차 보정 장치 및 방법은 이러한 경우에 더욱 유용하게 활용될 수 있다. On the other hand, when the difference between the amplitudes of the signals H 1 , H 2 and H 3 output from the hall sensor is large, that is, when the distances d 1 , d 2 and d 3 between the permanent magnets of the stator and the Hall sensors are large The phase difference between H a and H b may deviate from 90 degrees (degrees). In such a case, it may be desirable to physically correct the mounting position of the hall sensor, rather than applying the apparatus and method for correcting the position error of the hall sensor according to the present invention. However, when the mounting position of the Hall sensor is within a certain error range, that is, when the difference between d 1 , d 2 and d 3 is not large, the phase difference between H a and H b is not largely deviated from 90 ° The apparatus and method for correcting the position error of the Hall sensor according to the invention can be more effectively utilized in such a case.

정규화된 변환 신호 Han 및 Hbn은 모터의 회전 각도 및 회전 속도를 산출하는데 이용될 수 있다. 이를 위하여 본 발명의 홀 센서 장착 위치 오차 보정 장치는 변환부(120)에서 출력되는 정규화된 변환 신호 Han 및 Hbn를 이용하여 모터의 회전 각도 및 회전 속도를 산출하는 연산부(130)를 갖는다. The normalized conversion signal H an And H bn can be used to calculate the rotational angle and rotational speed of the motor. Hall sensor mounting position error correcting device of the present invention To this end, the normalized conversion signal output from the conversion unit (120) an H And an operation unit 130 for calculating a rotation angle and a rotation speed of the motor using H bn .

연산부(130)는 전술한 '732특허에 제시된 방법에 의해 모터의 회전 각도 및 회전 속도를 산출한다. 좀 더 상세히 설명하면, 정규화된 변환 신호 Han 및 Hbn을 2차원 평면상으로 좌표값으로 변환한 Han의 좌표값(x1,y1)과 Hbn의 좌표값(x2,y2)을 계산하고, Han와 Hbn의 합 P(x1+x2, y1+y2)가 X축과 이루는 각(θ)를 전술한 방법에 따라 계산한다. 각(θ)의 변위량은 모터의 회전 각도를 나타낸다. 또한, 산출된 변위량의 시간에 대한 변화율을 계산하면 모터의 회전 속도를 산출할 수 있다. The calculation unit 130 calculates the rotation angle and the rotation speed of the motor by the method described in the aforementioned '732 patent. More specifically, the normalized converted signal H an And H bn a two-dimensional coordinate values of the converted H an the plane to the coordinate values (x1, y1) to the sum of the calculated coordinate values (x2, y2) of the H bn and, H an the H bn P (x1 + x2, y1 + y2) with the X axis is calculated according to the above-described method. The amount of displacement of the angle? Represents the rotation angle of the motor. Further, the rotation speed of the motor can be calculated by calculating the rate of change of the calculated amount of displacement with respect to time.

또 다른 방법으로써, 연산부(130)는 전술한 Han의 좌표값(x1,y1) 또는 Hbn의 좌표값(x2,y2) 중 어느 하나만 이용하여 모터의 회전 각도나 속도를 구할 수도 있다. 즉, Han와 Hbn의 합 P(x1+x2, y1+y2) 대신, Han 또는 Hbn 중 어느 하나가 X축과 이루는 각의 변위량을 모터의 회전 각도로 계산할 수도 있다. 그러나 모터 회전 각도 및 속도 산출의 정확도를 높이기 위해서는 Han와 Hbn의 합 P(x1+x2, y1+y2)를 이용하는 것이 바람직하다. Alternatively, the calculating unit 130 may calculate the rotation angle or speed of the motor using only one of the coordinate values (x1, y1) of H an or the coordinate values (x 2, y 2) of H bn . That is, the sum of an H and H bn P (x1 + x2, y1 + y2) , instead, any one of an H, or a H bn may calculate the amount of displacement of each forming with the X-axis as a rotation angle of the motor. However, to increase the accuracy of motor rotation angle and speed calculation, it is desirable to use the sum P (x1 + x2, y1 + y2) of H an and H bn .

연산부(130)에서 산출된 모터의 회전 각도 및 속도는 모터 구동을 제어하는 제어부(140)에 전송되고, 제어부(140)는 모터의 회전 각도 정보를 수신하여 고정자에 권선된 코일에 공급되는 전류를 제어한다. The rotation angle and speed of the motor calculated by the calculation unit 130 are transmitted to the control unit 140 for controlling the motor drive and the control unit 140 receives the rotation angle information of the motor and outputs the current supplied to the coil wound on the stator .

다음은 도9를 참조하여 상술한 홀 센서 장착 위치 오차 보정 장치를 이용한 홀 센서 장착 위치 오차 보정 방법을 설명한다. 본 발명에 따른 홀 센서 장착 위치 오차 보정 방법은 검출부(110)가 모터 내에 설치된 세 개의 선형 홀센서 H1, H2, H3로부터 출력신호 H1, H2, H3를 검출하는 검출단계(S110)를 포함한다. 검출되는 출력신호 H1, H2, H3는 세 개의 정현파 형태를 가지며, 각각의 파형은 서로 진폭이 다를 수 있다. Next, a Hall sensor mounting position error correction method using the Hall sensor mounting position error correction apparatus described above with reference to FIG. 9 will be described. The method for correcting the position error of the Hall sensor according to the present invention is characterized in that the detecting unit 110 detects the output signals H 1 , H 2 and H 3 from the three linear Hall sensors H 1 , H 2 and H 3 installed in the motor . The detected output signals H 1 , H 2 , and H 3 have three sinusoidal waveforms, and the waveforms of the output signals H 1 , H 2 , and H 3 may have different amplitudes from each other.

다음으로 변환부(120)에 의해 검출단계(S110)에서 검출된 출력신호 H1, H2, H3를 클락 변환(Clarke Transformation)하고 정규화하는 변환단계(S120)가 수행된다. 변환단계(S120)에서는 검출단계(S110)에서 검출된 출력신호 H1, H2, H3를 90°(도)의 위상차를 갖는 정현파인 Ha 및 Hb로 변환하고, 이를 다시 정규화하여 Han 및 Hbn을 출력한다. 출력신호 H1, H2, H3와 변환 신호 Ha, Hb의 관계는 상술한 식(2) 및 식(3)과 같다. Next, a conversion step (S120) of performing Clarke Transformation (Clarke Transformation) and normalizing the output signals H 1 , H 2 and H 3 detected in the detection step (S110) is performed by the conversion unit 120. In the conversion step S120, the output signals H 1 , H 2 , and H 3 detected in the detection step S110 are converted into H a and H b which are sinusoidal waves having a phase difference of 90 ° (degrees) an and H bn . The relationship between the output signals H 1 , H 2 , and H 3 and the converted signals H a and H b is as shown in the above-mentioned equations (2) and (3).

다음으로 연산부(130)에 의해 정규화된 변환 신호 Han, Hbn를 이용하여 모터의 회전 각도 및 회전 속도를 산출하는 연산단계(S130)가 수행된다. 연산단계(S130)에서는 Han, Hbn를 2차원 평면상으로 변환한 좌표값 Han(x1, y1), Hbn(x2, y2), 또는 그 합 P(x1+x2, y1+y2) 중 어느 하나가 X축과 이루는 각(θ)의 변위량을 이용하여 모터의 회전 각도 및 회전 속도를 산출할 수 있다. Next, an operation step (S130) of calculating the rotation angle and rotation speed of the motor by using the conversion signals H an and H bn normalized by the operation unit 130 is performed. In the calculation step (S130) the coordinate values H an (x1, y1), H bn (x2, y2), or the sum of P (x1 + x2, y1 + y2) converting the H an, H bn as a two-dimensional plane The rotation angle and the rotation speed of the motor can be calculated using the amount of displacement of the angle &thetas;

다음으로 제어부(140)에 의해 연산단계(S130)에서 산출된 모터의 회전 각도 및 속도 정보를 이용하여 모터에 공급되는 전류를 제어하는 제어단계(S140)가 수행된다. 제어단계(S140)에서는 모터 회전자의 위치에 따라 고정자 각 코일로 공급되는 전류가 제어된다. Next, a control step (S140) of controlling the current supplied to the motor by using the rotation angle and speed information of the motor calculated in the calculation step (S130) is performed by the control unit (140). In the control step S140, the current supplied to each coil of the stator is controlled according to the position of the motor rotor.

도10은 본 발명의 홀 센서 장착 위치 오차 보정 장치 및 방법을 이용하여 모터의 회전 각도를 검출한 시험 결과를 캡쳐한 그래프이다. 이 시험은 모터를 등속도로 회전시키면서 모터의 회전 각도를 산출한 것이다. 도10의 (a)는 홀 센서 H1, H2, H3의 출력 신호 H1, H2, H3 를 이용하여 모터의 회전 각도를 산출한 결과이다. 시간(X축)에 따른 모터의 회전 각도(Y축)가 도시되어 있다. 선형 홀 센서의 장착 위치 오차의 영향으로 모터의 회전 각도가 선형적으로 증가하지 않고 불균일하게 증가하는 것으로 나타난다. 동일한 시험 조건 하에서 본 발명의 홀 센서 장착 위치 오차 보정 장치 및 방법을 이용하여 모터의 회전 각도를 산출하면, 즉 홀 센서 출력 신호 H1, H2, H3를 Han 및 Hbn으로 변환한 정규화된 변환신호를 이용하며 모터의 회전 각도를 산출하면 도10의 (b)와 같다. 도10의 (a)에 비하여 모터의 회전 속도가 더욱 선형에 가깝게 증가하는 것으로 나타남을 확인할 수 있다. 즉, 모터 회전 각도 산출의 정확도가 개선된 것이 확인된다. FIG. 10 is a graph showing a test result of detecting a rotation angle of a motor by using an apparatus and method for correcting a position error of a hall sensor according to the present invention. This test is to calculate the rotation angle of the motor while rotating the motor at a constant speed. 10A shows the result of calculating the rotation angle of the motor using the output signals H 1 , H 2 and H 3 of the Hall sensors H 1 , H 2 and H 3 . The rotation angle (Y axis) of the motor with respect to time (X axis) is shown. The rotational angle of the motor does not increase linearly but increases unevenly due to the mounting position error of the linear Hall sensor. When the rotation angle of the motor is calculated using the apparatus and method for correcting the position error of the hall sensor according to the present invention under the same test conditions, that is, the normalization obtained by converting the Hall sensor output signals H 1 , H 2 and H 3 into H an and H bn And the rotation angle of the motor is calculated as shown in FIG. 10 (b). It can be confirmed that the rotational speed of the motor is more linearly increased as compared with FIG. 10 (a). That is, it is confirmed that the accuracy of calculating the rotation angle of the motor is improved.

이상의 설명에서 2극(2-pole)의 모터를 기준으로 설명하였으나, 본 발명은 4극(4-pole), 6극(6-pole), 8극(8-pole) 또는 그 이상의 다극 모터에도 마찬가지 방식으로 활용될 수 있다. Although the above description has been made with reference to a 2-pole motor, the present invention can also be applied to a 4-pole, 6-pole, 8-pole, Can be utilized in a similar manner.

이상에서 설명한 본 발명의 홀 센서 장착 위치 오차 보정 장치 및 방법에 의하면 모터내에 설치되는 홀 센서가 정위치에 설치되지 않고 약간의 오차가 있어도 모터의 회전 각도 및 회전 속도를 정확하게 산출할 수 있는 효과가 있다. 이러한 본 발명의 홀 센서 장착 위치 오차 보정 장치 및 방법을 활용하면 홀 센서의 장착 위치에 오차를 물리적으로 수정하지 않아도 되기 때문에 모터의 생산성을 높일 수 있고, 또한 생산 비용을 절감 할 수 있다. According to the apparatus and method for correcting a position error of a hall sensor according to the present invention, it is possible to accurately calculate the rotation angle and the rotation speed of the motor even if there is a slight error, have. By using the apparatus and method for correcting a position error of a hall sensor according to the present invention, it is not necessary to physically correct an error in a mounting position of the hall sensor, so that the productivity of the motor can be increased and the production cost can be reduced.

110 : 검출부
120 : 변환부
130 : 연산부
140 : 제어부
S110 : 검출단계
S120 : 변환단계
S130 : 연산단계
S140 : 제어단계
110:
120:
130:
140:
S110: Detection step
S120: conversion step
S130: operation step
S140: control step

Claims (7)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 영구자석을 포함하는 회전자와, 상기 회전자의 둘레에서 자기력을 형성하기 위한 코일이 권선된 고정자와, 상기 회전자의 바깥 둘레에 설치되어 홀 효과에 의해 출력 신호를 생성하는 세 개의 선형 홀 센서를 포함하는 BLDC모터의 홀 센서 장착 위치 오차 보정 장치에 있어서,
상기 세 개의 선형 홀 센서로부터 출력되는 각각의 출력 신호 H1, H2, H3를 검출하는 검출부와,
상기 검출부에서 검출된 출력 신호 H1, H2, H3를 클락 변환(Clarke Transformation)에 의해 직교하는 2상의 변환 신호 Ha, Hb로 변환하고, 변환신호 Ha, Hb를 정규화된 신호 Han, Hbn으로 변환하는 변환부와,
상기 변환부에서 출력되는 정규화된 변환 신호 Han, Hbn를 2차원 평면상으로 변환한 좌표값 Han(x1, y1), Hbn(x2, y2)의 합 P(x1+x2, y1+y2)가 X축과 이루는 각(θ)의 변위량을 이용하여 모터의 회전 각도를 산출하는 연산부를 포함하는 홀 센서 장착 위치 오차 보정 장치.
A stator comprising a rotor including permanent magnets, a stator having a coil wound around the rotor to form a magnetic force, three linear Hall sensors installed on the outer circumference of the rotor to generate an output signal by a Hall effect Wherein the Hall sensor mounting position error correction device of the BLDC motor comprises:
A detector for detecting output signals H 1 , H 2 , and H 3 output from the three linear Hall sensors;
The converting the output signal H 1, H 2, H 3 detected by the detecting unit 2 converts the signal H a, H b on the perpendicular by the clock conversion (Clarke Transformation), and the converted signal H a, normalize H b signal H an and H bn ,
Converting the normalized transform signal H an, H bn outputted from the conversion section into a two-dimensional plane coordinates H an (x1, y1), H bn (x2, y2) the sum P (x1 + x2 of, y1 + and an arithmetic unit for calculating a rotation angle of the motor by using a displacement amount of an angle (?) formed by the yaw axis (y2) and the X axis.
삭제delete 삭제delete 영구자석을 포함하는 회전자와, 상기 회전자의 둘레에서 자기력을 형성하기 위한 코일이 권선된 고정자와, 상기 회전자의 바깥 둘레에 설치되어 홀 효과에 의해 출력 신호를 생성하는 세 개의 선형 홀 센서를 포함하는 BLDC모터의 홀 센서 장착 위치 오차 보정 방법에 있어서,
상기 세 개의 선형 홀 센서로부터 출력되는 각각의 출력 신호 H1, H2, H3를 검출하는 검출단계와,
상기 검출단계에서 검출된 출력 신호 H1, H2, H3를 다음 식
Figure 112017042135254-pat00019
,
Figure 112017042135254-pat00020

에 의해 직교하는 2상의 변환 신호 Ha, Hb로 변환하고, 변환신호 Ha, Hb를 정규화된 신호 Han, Hbn으로 변환하는 변환단계와,
상기 변환단계에서 출력되는 정규화된 변환 신호 Han, Hbn를 2차원 평면상으로 변환한 좌표값 Han(x1, y1), Hbn(x2, y2)의 합 P(x1+x2, y1+y2)가 X축과 이루는 각(θ)의 변위량을 이용하여 모터의 회전 각도를 산출하는 연산단계를 포함하는 홀 센서 장착 위치 오차 보정 방법.
A stator comprising a rotor including permanent magnets, a stator having a coil wound around the rotor to form a magnetic force, three linear Hall sensors installed on the outer circumference of the rotor to generate an output signal by a Hall effect The method comprising the steps of:
A detection step of detecting respective output signals H 1 , H 2 , and H 3 output from the three linear hall sensors,
The output signals H 1 , H 2 , and H 3 detected in the detecting step are expressed by the following equations
Figure 112017042135254-pat00019
,
Figure 112017042135254-pat00020

And a conversion step of converting a second conversion signal H a, H b on the perpendicular, and converting the converted signal H a, H b H signal an, bn H normalize by,
Converting the normalized transform signal H an, H bn outputted from the conversion step to a two-dimensional plane coordinates H an (x1, y1), H bn (x2, y2) the sum P (x1 + x2 of, y1 + and calculating an angle of rotation of the motor by using a displacement amount of an angle (?) formed by the y-axis and the y-axis with the X-axis.
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