KR101927246B1 - 전동기 위치 검출부 및 브러쉬리스 전동기 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 전동기 위치 검출부는 선형 연산을 기반으로 3상 역기전력을 출력하는 제 1 연산기; 비선형 연산을 기반으로 3상 역기전력을 출력하는 제 2 연산기; 및 제어 신호 및 3상 전압 및 전류를 수신하고, 수신된 상기 제어 신호 및 상기 3상 전압 및 전류를 기반으로 상기 제 1 및 제 2 연산기들 중 어느 하나의 연산기를 선택하는 연산 제어기를 포함하고, 상기 제어 신호는 외부 전동기의 동작 모드 정보를 포함한다.

Description

전동기 위치 검출부 및 브러쉬리스 전동기 시스템{POSITION OF MOTOR DETECTING UNIT AND BRUSHLESS DC MOTOR SYSTEM}
본 발명은 전동기에 관한 것으로 더욱 상세하게는 전동기 위치 검출부 및 그것이 적용된 BLDC 전동기 시스템에 관한 것이다.
전동기(Motor)는 전류가 자기장 내에서 받는 힘을 이용하여 전기에너지를 기계에너지로 변환하는 장치이다. 전동기는 입력 전원의 종류에 따라 교류전동기 및 직류전동기로 분류된다. 교류전동기는 고정자의 권선에 전류를 공급하여 자기장을 변화시켜 회전자를 회전시킨다. 직류전동기는 회전자에 일정한 전류를 공급하여 회전자를 회전시킨다. 이 때, 직류 전동기는 정류(brush)를 사용하여 회전자의 위치에 상관없이 일정한 방향으로 전류가 흐를 수 있도록 한다.
최근에는 전력전자제어 기술이 발달함에 따라, 전자 스위칭 기술을 사용하여 정류자를 사용하지 않는 직류 전동기(BLDC Motor; BrushLess Direct Current Motor)가 제공되고 있다. BLDC 전동기는 정류자를 사용하지 않기 때문에, 기계적인 마찰로 인한 열발생 및 정류자의 마모에 대한 문제점이 없다. 그러나, BLDC 모터를 제어하기 위하여 회전자의 위치를 검출하는 별도의 장치가 요구된다.
본 발명의 목적은 향상된 성능을 갖는 전동기 위치 검출부 및 그것이 적용된 BLDC 전동기 시스템을 제공하는데 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 전동기 위치 검출부는 선형 연산을 기반으로 3상 역기전력을 출력하는 제 1 연산기; 비선형 연산을 기반으로 3상 역기전력을 출력하는 제 2 연산기; 및 제어 신호 및 3상 전압 및 전류를 수신하고, 수신된 상기 제어 신호 및 상기 3상 전압 및 전류를 기반으로 상기 제 1 및 제 2 연산기들 중 어느 하나의 연산기를 선택하는 연산 제어기를 포함하고, 상기 제어 신호는 외부 장치로부터 수신된 전동기 동작 모드 정보를 포함한다.
실시 예로서, 상기 제 1 연산기는 선형 연산기이고, 상기 제 2 연산기는 비선형 연산기이다.
실시 예로서, 상기 제 1 및 제 2 연산기들 중 선택된 연산기의 출력을 기반으로 전동기 회전자의 위치 신호를 출력하는 위치 추정기를 더 포함한다.
실시 예로서, 상기 연산 제어기는 제 1 연산 입력 구간들을 저장하고, 상기 제어 신호를 기반으로 상기 제 1 연산 입력 구간을 선택하여 출력하는 레지스터; 상기 제 1 연산 입력 구간 및 상기 3상 전압 및 전류를 비교하여 선택 신호를 출력하는 비교기를 포함한다.
실시 예로서, 상기 선택 신호는 상기 제 1 및 제 2 연산기들 중 어느 하나를 선택하는 신호이다.
실시 예로서, 상기 제 1 연산기와 다른 선형 연산을 기반으로 3상 역기전력을 연산하는 제 3 내지 제 n 연산기들을 더 포함한다.
실시 예로서, 상기 레지스터는 제 1 연산 입력 구간과 다른 제 2 내지 제 m 연산 입력 구간들을 더 포함하고, 상기 제 3 내지 제 n 연산기들은 상기 제 2 내지 제 m 연산 입력 구간들에 포함된 상기 3상 전압 및 전류에 대응하는 3상 역기전력을 연산한다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 BLDC 전동기 시스템은 제어 신호 및 위치 신호를 기반으로 복수의 스위칭 신호들을 출력하는 전동기 구동부; 상기 복수의 스위칭 신호들을 기반으로 3상 전압들을 출력하는 PWM 인버터; 상기 3상 전압들을 기반으로 동작하는 BLDC 전동기; 및 상기 BLDC 전동기의 회전자의 위치를 감지하여 상기 위치 신호를 출력하는 위치 검출부를 포함하고, 상기 위치 검출부는 선형 연산을 기반으로 3상 역기전력을 출력하는 제 1 연산기; 비선형 연산을 기반으로 3상 역기전력을 출력하는 제 2 연산기; 및 제어 신호 및 3상 전압 및 전류를 수신하고, 수신된 상기 제어 신호 및 상기 3상 전압들 및 3상 전류를 기반으로 상기 제 1 및 제 2 연산기들 중 어느 하나의 연산기를 선택하는 연산 제어기를 포함하고, 상기 제어 신호는 외부 장치로부터 수신된 외부 장치로부터 수신된 상기 BLDE 전동기의 동작 모드 정보를 포함한다.
실시 예로서, 상기 BLDC 전동기는 센서리스 BLDC 전동기이다.
실시 예로서, 상기 제 1 및 제 2 연산기들 중 선택된 연산기의 출력을 기반으로 전동기 회전자의 위치 신호를 출력하는 위치 추정기를 더 포함한다.
실시 예로서, 상기 연산 제어기는 제 1 연산 입력 구간들을 저장하고, 상기 제어 신호를 기반으로 상기 제 1 연산 입력 구간을 선택하여 출력하는 레지스터; 상기 제 1 연산 입력 구간, 상기 3상 전압들, 상기 3상 전류들을 비교하여 선택 신호를 출력하는 비교기를 포함한다.
본 발명에 따른, BLDC 전동기 위치 추정기는 복수의 BLDC 전동기 동작 모드들을 기반으로 선형 연산 및 비선형 연산 중 어느 하나의 연산을 선택적으로 수행한다. 따라서, 향상된 신뢰성 및 성능을 갖는 전동기 위치 검출부 및 그것이 적용된 BLDC 전동기 시스템이 제공된다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 BLDC 전동기 시스템을 보여주는 블록도이다.
도 2는 도 1에 도시된 위치 검출부를 상세하게 보여주는 블록도이다.
도 3은 도 2에 도시된 연산 제어기를 상세하게 보여주는 블록도이다.
도 4a는 도 1에 도시된 위치 검출부의 동작을 설명하기 위한 그래프이다.
도 4b는 연산 입력 구간을 설명하기 위한 그래프이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 위치 검출부를 보여주는 블록도이다.
도 6은 도 5에 도시된 위치 검출부의 동작을 설명하기 위한 그래프이다.
이하에서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위하여, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
센서가 없는(sensorless) BLDC 전동기 시스템의 경우, BLDC 전동기의 회전자의 위치를 검출하기 위하여, 3상 전압들 및 전류들을 기반으로 3상 역기전력을 연산한다. 이 때, BLDC 전동기 시스템은 비선형 연산기를 사용하여 연산을 수행한다. 비선형 연산기는 근사화되어 설계되기 때문에, 큰 연산 오차가 발생한다. 그러나, 본 발명의 실시 예에 따른 BLDC 전동기 시스템은 복수의 BLDC 전동기 동작 모드들(예를 들어, 속도 가변, 토크 가변, 부하 가변, 온도 가변, 동작 전압 및 전류 가변 등)에 따라 비선형 및 선형 연산들 중 어느 하나의 연산을 선택적으로 수행한다. 따라서, 향상된 성능 및 신뢰성을 갖는 위치 검출부 및 그것이 적용된 BLDC 전동기 시스템이 제공된다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 BLDC 전동기 시스템을 보여주는 블록도이다. 도 1을 참조하면, BLDC 전동기 시스템(100)은 전동기 구동부(110, Motor Driving Unit), PWM 인버터(120, PWM Inverter; Pulse Width Modulation Inverter), BLDC 전동기(130; Brushless Direct Current Motor), 및 위치 검출부(140, Position Detecting Unit)를 포함한다.
전동기 구동부(110)는 위치 신호(PST) 및 제어 신호(CTRL)를 기반으로 PWM 인버터(120)를 제어한다. 예를 들어, 전동기 구동부(110)는 위치 검출부(140)로부터 위치 신호(PST)를 수신할 수 있다. 전동기 구동부(110)는 외부 장치로부터 제어 신호(CTRL)를 수신할 수 있다. 제어 신호(CTRL)는 BLDC 전동기(130)의 목표 속도, 목표 토크 등의 정보를 기반으로 생성된 신호일 수 있다. 전동기 구동부(110)는 수신된 위치 신호(PST) 및 제어 신호(CTRL)를 기반으로 PWM 인버터(120)에 포함된 복수의 스위치들을 제어할 수 있다.
예를 들어, 전동기 구동부(110)는 위치 신호(PST)를 기반으로 BLDC 전동기(130)의 회전 속도를 감지할 수 있다. BLDC 전동기(130)의 회전 속도가 목표 속도보다 낮은 경우, 전동기 구동부(110)는 3상 전압들(u, v, w)의 기본파 성분(fundamental wave component)의 주파수가 높아지도록 PWM 인버터(120)에 포함된 복수의 스위치들을 제어한다. 예시적으로, BLDC 전동기 시스템(100)이 3상 전원을 기반으로 동작하는 경우, PWM 인버터(120)는 6개의 전력 스위치들을 포함할 수 있다. 이 경우, 전동기 구동부(110)는 6개의 전력 스위치들을 제어하는 6개의 스위칭 신호들을 출력할 것이다.
PWM 인버터(120)는 전동기 구동부(110)의 제어에 따라 3상 전압들(u, v, w)을 출력한다. 예를 들어, PWM 인버터(120)는 복수의 스위치들을 포함할 수 있다. PWM 인버터(120)는 전동기 구동부(110)로부터 복수의 스위칭 신호들을 수신하여 3상 전압들(u, v, w)을 출력한다. 예시적으로, 3상 전압들(u, v, w)은 고조파를 포함한 구형파(square wave) 형태를 갖는다. 예시적으로 복수의 스위치들은 IGBT(Insulated Gate Bipolar mode Transistor), GTO(Gate Turn-off Thyristor), 파워 다이오드 등과 같은 전력반도체 소자를 기반으로 제공될 수 있다.
BLDC 전동기(130)는 3상 전압들(u, v, w)을 수신하여 수신된 3상 전압들(u, v, w)을 기반으로 동작할 수 있다. 예를 들어, BLDC 전동기(130)는 회전자(rotor) 및 고정자(stator)를 포함한다. 회전자는 영구자석(permanent magnet)으로 제공될 수 있다. 고정자에는 3상 전압들(u, v, w)이 인가된다. 3상 전압들(u, v, w)의 기본파(fundamental wave)는 특정 주파수를 갖는 정현파이므로, 3상 전압들(u, v, w)에 의해 고정자로부터 발생된 자기장이 변화한다. 변화하는 자기장의 방향을 기반으로 전자유도현상에 따라 전자기적인 힘이 발생한다. 회전자는 발생된 전자기적인 힘에 의해 회전한다.
예시적으로, BLDC 전동기(130)는 위치 센서(position sensor)를 포함하지 않을 수 있다. 다시 말해서, BLDC 전동기(130)는 센서리스(sensorless) 형태로 제공될 수 있다. BLDC 전동기(130)의 동작으로 인해 발생된 역기전력은 회전자의 위치 정보를 포함한다. 예를 들어, BLDC 전동기(130)의 회전자는 영구자석으로 제공될 수 있다. 즉, 회전자의 회전에 의해 회전 자계가 발생한다. 이로 인하여, 전자기 유도 현상에 따라 역기전력이 발생한다. BLDC 전동기(130)가 3상 전압들(u, v, w)을 기반으로 동작할 경우, BLDC 전동기(130)로부터 발생된 3상 역기전력들은 각각 전기각 120도의 차이를 가질 것이다. 즉, 3상 역기전력들의 전기각들의 차이, 3상 역기전력의 주파수 등을 기반으로 BLDC 전동기(130)의 회전자의 위치를 검출할 수 있다.
위치 검출부(140)는 BLDC 전동기(130)에 포함된 회전자의 위치를 검출하여 위치 신호(PST)를 출력할 수 있다. 예를 들어, 위치 검출부(140)는 PWM 인버터(120)로부터 출력되는 3상 전압들(u, v, w)을 검출할 수 있다. 위치 검출부(140)는 PWM 인버터(120)로부터 출력되는 3상 전류들(iu, iv, iw)을 검출할 수 있다. 위치 검출부(140)는 수신된 3상 전압들(u, v, w) 및 3상 전류들(iu, iv, iw)을 기반으로 3상 역기전력들(Eu, Ev, Ew)을 연산할 수 있다. 예시적으로, 위치 검출부(140)는 3상 역기전력들(Eu, Ev, Ew)을 연산하기 위하여 비선형 및 선형 연산들 중 어느 하나의 연산을 선택적으로 수행할 수 있다. 다시 말해서, BLDC 전동기(130)의 복수의 동작 모드들(예를 들어, 속도 가변, 토크 가변, 부하 가변, 온도 가변, 동작 전압 또는 전류 가변 등)에 대응하는 3상 역기전력들을 연산할 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 위치 검출부를 상세하게 보여주는 블록도이다. 예시적으로, 도 2를 참조하여 위치 검출부(140)는 u상 역기전력(Eu)을 연산하는 방법 및 구성이 설명된다. 그러나 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니며, 위치 검출부(140)는 이하에서 설명된 방법을 기반으로 v상 및 w상의 역기전력들(Ev, Ew) 또한 연산할 수 있다.
도 2를 참조하면, 위치 검출부(140)는 u상 전압 및 전류(u, iu)를 기반으로 u상 역기전력(Eu)을 연산하여 위치 신호(PST)을 출력할 수 있다. 예시적으로, 위치 검출부(140)는 BLDC 전동기(130)의 동작 모드에 따라 선형 및 비선형 연산 중 어느 하나의 연산을 선택적으로 수행한다.
위치 검출부(140)는 제 1 및 제 2 연산기들(141a, 141b), 연산 제어기(142), 및 위치 추정기(143)를 포함한다. 제 1 및 제 2 연산기들(141a, 141b)은 u상 전압 및 전류(u, iu)을 수신한다. 제 1 및 제 2 연산기들(141a, 141b)은 수신된 u상 전압 및 전류(u, iu)를 기반으로 미리 정해진 연산 동작을 수행한다. 예를 들어, 제 1 연산기(141a)는 선형 연산기(Linear computing element)일 수 있다. 이 경우, 제 1 연산기(141)는 수학식 1과 같은 연산을 수행할 수 있다.
Figure 112012103179851-pat00001
수학식 1을 참조하면, Y는 제 1 연산기(141a)의 출력을 가리키고, X는 제 1 연산기(141a)의 입력을 가리키고, a 및 b는 BLDC 전동기(130)의 동작 모드에 대응하는 변수(parameter)를 가리킨다.
제 2 연산기(141b)는 비선형 연산기(Non-linear computing element)일 수 있다. 이 경우, 제 2 연산기(141b)는 수학식 2와 같은 연산을 수행할 수 있다.
Figure 112012103179851-pat00002
수학식 2를 참조하면, Y는 제 2 연산기(141b)의 출력을 가리키고, X는 제 2 연산기(141a)의 입력을 가리키고, c는 BLDC 전동기(130)의 동작모드에 대응하는 변수를 가리킨다. 예시적으로, 수학식 2는 시그모이드(sigmoid) 연산기의 연산 동작을 가리킨다. 그러나, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니며, 제 2 연산기(141b)는 비선형 연산 특성을 갖는 연산기로 제공될 수 있다. 예시적으로, 제 1 및 제 2 연산기들(141a, 141b)의 변수들(a, b, c)은 제 1 및 제 2 연산기들(141a, 141b)에 각각 포함될 수 있다, 예시적으로, 제 1 및 제 2 연산기들(141a, 141b)의 변수들(a, b, c)은 연산 제어기(143)로부터 수신할 수 있다.
예시적으로, 제 1 연산기(141a)가 선형 연산기이고, 제 2 연산기(141b)가 비선형 연산기인 경우, 제 1 연산기(141a)는 제 2 연산기(141b)보다 향상된 정확성을 갖는다. 예시적으로, 제 2 연산기(141b)가 비선형 연산기인 경우, 제 2 연산기(141b)는 BLDC 전동기(130)의 전 동작 범위에 대하여 3상 역기전력들을 연산할 수 있다.
연산 제어기(142)는 u상 전압 및 전류(u, iu) 및 제어 신호(CTRL)를 수신할 수 있다. 연산 제어기(142)는 수신된 신호들을 기반으로 제 1 및 제 2 연산기들(141a, 141b) 중 어느 하나의 연산기를 선택할 수 있다. 예를 들어, 제어 신호(CTRL)는 BLDC 전동기(130)의 동작 모드 정보를 포함할 수 있다. 연산 제어기(142)는 제어 신호(CTRL)를 기반으로 연산 입력 구간(INP)를 선택할 수 있다. 연산 제어기(142)는 선택된 연산 입력 구간(INP)에 u상 전압 및 전류(u, iu)가 포함되는지 판별할 수 있다. 판별 결과에 따라 연산 제어기(142)는 제 1 및 제 2 연산기들(141a, 141b) 중 어느 하나의 연산기의 선택 정보를 가리키는 선택 신호(SEL)를 출력한다. 예시적으로, 연산 제어기(142)는 BLDC 전동기(130)의 동작 모드에 대응하는 변수들(a, b, c)을 제 1 및 제 2 연산기들(141, 142)로 전송할 수 있다. 연산 제어기(142)는 도 3을 참조하여 더욱 상세하게 설명된다.
위치 추정기(143)는 제 1 및 제 2 연산기들(141a, 141b) 중 어느 하나의 연산기로부터 출력된 3상 역기전력들을 기반으로 위치 신호를 출력할 수 있다. 예를 들어, 위치 추정기(143)는 3상 역기전력들을 수신할 수 있다. 위치 추정기(143)는 3상 역기전력들의 주파수, 위상 차이 등을 기반으로 회전자의 위치를 감지하여 위치 신호(PST)를 출력할 수 있다.
상술된 본 발명의 실시 예에 따른 위치 검출부(140)는 BLDC 전동기(130)의 동작 모드에 따라 선형 연산 또는 비선형 연산을 수행할 수 있다. 따라서, 향상된 신뢰성 및 성능을 갖는 전동기 위치 검출부가 제공된다.
도 3은 도 2에 도시된 연산 제어기의 구성을 상세하게 보여주는 블록도이다. 도 2 및 도 3을 참조하면, 연산 제어기(142)는 레지스터(142a) 및 비교기(142b)를 포함한다.
제어 레지스터(142a)는 제어 신호(CTRL)를 수신할 수 있다. 제어 레지스터(142a)는 수신된 제어 신호(CTRL)에 응답하여, 입력 구간(INP) 및 파라미터 값들(a, b, c)을 출력할 수 있다. 예를 들어, 제어 레지스터(142a)는 BLDC 전동기(130)의 복수의 동작 모드들(예를 들어, 속도 가변, 토크 가변, 부하 가변, 온도 가변 등)에 대응하는 연산 입력 구간(INP)를 포함할 수 있다. 연산 입력 구간(INP)는 위치 검출부(140)가 선형 연산을 기반으로 역기전력(Eu)을 출력하는 u상 전압 및 전류(u, iu)의 범위를 가리킬 수 있다. 제어 신호(CTRL)는 BLDC 전동기 시스템(100)의 동작 모드 정보를 포함할 수 있다. 제어 레지스터(142a)는 수신된 제어 신호(CTRL)에 대응하는 입력 구간 정보(INP)를 출력할 수 있다. 제어 레지스터(142a)는 제 1 및 제 2 연산기들(141a, 141b)의 변수들(a, b, c)을 포함할 수 있다. 제어 레지스터(142a)는 u상 전압 및 전류(u, iu)를 수신하여 수신된 u상 전압 및 전류(u, iu)에 대응하는 변수들(a, b, c)을 제 1 및 제 2 연산기들(141a, 141b)로 출력할 수 있다.
비교기(142b)는 제어 레지스터(142a)로부터 연산 입력 구간(INP)를 수신한다. 비교기(142)는 u상 전압 및 전류(u, iu)를 수신한다. 비교기(142)는 수신된 u상 전압 및 전류(u, iu)가 수신된 연산 입력 구간(INP)에 포함되는지 판별하여 선택 신호(SEL)를 출력할 수 있다. 예시적으로, 선택 신호(SEL)를 기반으로 제 1 및 제 2 연산기들(141a, 141b)의 입출력이 선택될 수 있다.
도 4a는 도 1에 도시된 위치 검출부의 동작을 설명하기 위한 그래프이다. 예시적으로, 도 4a에 도시된 그래프의 X축은 u상 전압을 가리키고, Y축은 u상 역기전력을 가리킨다. 간결한 설명을 위하여, u상 전압 및 역기전력의 관계를 기반으로 위치 검출부(140)의 동작이 설명된다. 그러나, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
도 4a를 참조하면, 위치 검출부(140)는 u상 전압(u)에 따라, 제 1 및 제 2 연산기들(141a, 141b) 중 어느 하나의 연산기를 선택하여 u상 역기전력을 연산할 수 있다. 예를 들어, 위치 검출부(140)는 연산 입력 구간(INP)을 포함할 수 있다. u상 전압(u)이 연산 입력 구간(INP)에 포함되는 경우, 위치 검출부(140)는 제 1 연산기(141a)를 기반으로 u상 역기전력(Eu)을 연산한다. 이와 반대로, u상 전압(u)이 연산 입력 구간(INP)에 포함되지 않는 경우, 위치 검출부(140)는 제 2 연산기(141b)를 기반으로 u상 역기전력(Eu)을 연산한다. 예시적으로, 제 1 연산기(141a)는 선형 연산기이고, 제 2 연산기(141b)는 비선형 연산기일 수 있다.
도 4b는 도 4a에 도시된 연산 입력 구간을 선택하는 방법을 설명하기 위한 그래프이다. 예시적으로, 도 4b에 도시된 그래프의 X는 u상 전압을 가리키고, Y축은 제 1 및 제 2 연산기들(141a, 141b)의 출력들 간의 차이를 가리킨다.
도 2 및 도 4b를 참조하면, 도 2를 참조하여 설명된 바와 같이 비선형 연산기로서 제공되는 제 2 연산기(141b)는 BLDC 전동기(130) 전 동작 범위에 대하여 3상 역기전력들을 연산할 수 있다. 연산 입력 구간(INP)에 대응하는 제 1 및 제 2 연산기들(141a, 141b)의 출력들 간의 차이는 0에 가깝다. 다시 말해서, 연산 입력 구간(INP)에 대응하는 u상 전압(u)이 수신될 경우, 위치 검출부(140)는 제 2 연산기(141b)보다 향상된 정확성을 갖는 제 1 연산기(141a)를 통해 u상 역기전력(Eu)을 연산할 수 있다.
상술된 본 발명에 따른 위치 검출부(140)는 수신되는 3상 전압들을 기반으로 선형 및 비선형 연산기들 중 어느 하나의 연산기를 통해 회전자의 위치를 검출한다. 따라서, 향상된 성능 및 신뢰성을 갖는 전동기 위치 검출부가 제공된다.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 위치 검출부를 보여주는 블록도이다. 도 5를 참조하면, 위치 검출부(240)는 제 1 내지 제 n 연산기들(241a~241n), 연산 제어기(242), 위치 추정기(243), 입력 선택기(244), 및 출력 선택기(245)를 포함한다.
제 1 내지 제 n 연산기들(241a~241n)은 서로 다른 연산 동작을 수행할 수 있다. 예를 들어, 제 1 내지 제 n 연산기들(241a~241n) 각각은 선형 연산기 및 비선형 연산기 중 어느 하나이고, 서로 다른 변수들을 포함할 수 있다.
연산 제어기(242)는 도 2를 참조하여 설명된 연산 제어기(141)과 달리 복수의 연산 입력 구간들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 연산 제어기(242)는 제 1 내지 제 3 연산 입력 구간들(INP_1~INP_3)을 포함할 수 있다. 제 1 내지 제 3 연산 입력 구간들(INP_1~INP_3)에 각각 대응하는 BLDC 전동기의 동작 모드들은 서로 다를 것이다. 연산 제어기(242)는 제 1 내지 제 3 연산 입력 구간들(INP_1~INP_3) 및 감지된 u상 전압 및 전류(u, iu)을 기반으로 제 1 내지 제 n 연산기들(241a~241n) 중 어느 하나를 선택할 수 있다. 연산 제어기(242)는 선택 결과를 기반으로 선택 신호(SEL) 및 변수(PAR)를 출력한다. 예시적으로, 연산 제어기(242)로부터 출력되는 변수(PAR)는 제 1 내지 제 n 연산기들(241a~241n) 중 선택된 연산기에 대응하는 변수일 것이다.
위치 추정기(243)는 도 2를 참조하여 설명되었으므로, 이에 대한 설명은 생략된다. 입력 선택기(244) 및 출력 선택기(245)는 연산 제어기(242)로부터 출력된 선택 신호(SEL)를 기반으로 제 1 내지 제 n 연산기들(241a~241n) 중 어느 하나를 선택하여 u상 전압 및 전류(u, iu)를 입력하고, u상 역기전력(Eu)을 출력한다.
상술된 본 발명의 실시 예에 따르면, 위치 추정기(243)는 선형 연산을 수행하는 복수의 연산 입력 구간들을 포함한다. 복수의 연산 입력 구간들에 포함된 상 전압 및 상전류가 감지될 경우, 위치 추정기(243)는 제 1 내지 제 n 연산기들(241a~241n) 중 어느 하나의 연산기를 선택하여 역기전력을 연산한다. 따라서, 향상된 신뢰성 및 성능을 갖는 전동기 위치 추정기가 제공된다.
도 6은 도 5에 도시된 위치 검출부의 동작을 설명하기 위한 그래프이다. 도 6에 도시된 그래프의 X축은 u상 전압(u)을 가리키고, Y축은 u상 역기전력(Eu)을 가리킨다. 예시적으로, 위치 검출부(240)는 제 1 내지 제 4 연산기들(241a~241d)를 포함하는 것으로 가정한다. 또한, 제 1 내지 제 3 연산기들(241a~241c)은 선형 연산기들이고, 제 4 연산기(241d)는 비선형 연산기인 것으로 가정한다. 그러나, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
도 6을 참조하면, 위치 검출부(240)는 제 1 내지 제 3 연산 입력 구간들(INP_1~INP_3)을 포함한다. 예시적으로, 위치 검출부(240)는 도 6에 도시된 제 1 내지 제 3 연산 입력 구간들(INP_1~INP_3) 이외의 다른 연산 입력 구간들을 더 포함할 수 있다.
위치 검출부(240)는 u상 전압(u)을 감지할 수 있다. 감지된 u상 전압(u)이 제 1 내지 제 3 연산 입력 구간들(INP_1~INP_3) 중 어느 하나에 포함될 경우, 위치 검출부(240)는 선형 연산을 기반으로 u상 역기전력(Eu)의 연산을 수행한다. 예를 들어, 위치 검출부(240)는 제 1 내지 제 3 연산 입력 구간들(INP_1~INP_3)과 각각 대응하는 제 1 내지 제 3 연산기들(241a~241c)을 포함할 수 있다. 위치 검출부(240)는 u상 전압(u)이 제 1 내지 제 3 연산 입력 구간들(INP_1~INP_3) 중 어디에 포함되는지 판별한다. 위치 검출부(240)는 판별 결과에 따라, 제 1 내지 제 3 연산기들(241a~241c) 중 어느 하나의 연산기를 기반으로 u상 역기전력(Eu) 연산을 수행할 것이다. 예시적으로, u상 전압(u)이 제 1 내지 제 3 연산 입력 구간들(INP_1~INP_3)에 포함되지 않는 경우, 위치 검출부(240)는 제 4 연산기(241d, 비선형 연산기)를 기반으로 u상 역기전력(Eu) 연산을 수행할 수 있다.
도 6에 도시된 그래프를 참조하여 설명된 위치 검출부(240)의 동작은 도 4a에 도시된 그래프를 참조하여 설명된 위치 검출부(140)의 동작과 달리 복수의 연산 입력 구간들을 더 포함한다. 따라서, 비선형 연산기보다 연산 정확도가 높은 선형 연산기를 복수의 입력 구간에서 사용하므로 향상된 신뢰성 및 성능을 갖는 전동기 위치 검출부 및 그것이 적용된 BLDC 전동기 시스템이 제공된다.
예시적으로, 도 6에 도시된 그래프를 참조하여 설명된 위치 검출부의 동작은 도 5에 도시된 위치 검출부(240)뿐만 아니라, 도 2에 도시된 위치 검출부(140)에 적용될 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 위치 검출부(140)의 연산 제어기(140)는 복수의 연산 입력 구간들(INP_1~INP_n)을 포함할 수 있다. 연산 제어기(140)는 복수의 연산 입력 구간들(INP)에 대응하는 복수의 변수들을 포함할 수 있다. 연산 제어기(140)는 u상 전압(u)을 감지할 수 있다. 이 경우, 연산 제어기(140)는 u상 전압(u)이 포함된 연산 입력 구간(INP)에 대응하는 변수를 출력할 수 있다. 다시 말해서, 연산 제어기(140)는 제 1 및 제 2 연산기들(141a, 141b)의 변수들(a, b, c)을 조절하여, 복수의 입력 구간들(INP_1~INP_n)에 대하여 선형 연산을 수행할 수 있다.
상술된 본 발명에 따른 전동기 위치 검출부는 복수의 연산 입력 구간들을 기반으로 선형 및 비선형 연산 중 어느 하나의 연산을 선택적으로 수행한다. 따라서, 향상된 신뢰성 및 성능을 갖는 전동기 위치 검출부 및 그것이 적용된 BLDC 전동기 시스템이 제공된다.
본 발명의 상세한 설명에서는 BLDC 전동기 시스템의 위치 검출에 관한 구체적인 실시 예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러가지 변형이 가능하다. 예를 들어, 위치 검출부에 포함된 구성 요소들은 비선형 연산이 요구되는 다른 시스템들에 적용될 수 있다. 그러므로, 본 발명의 범위는 상술한 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 발명의 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 할 것이다.
100 : BLDC 전동기 시스템
110 : 전동기 구동부
120 : PWM 인버터
130 : BLDC 전동기
140 : 위치 검출부

Claims (11)

  1. 선형 연산을 기반으로 3상 역기전력을 출력하는 제 1 연산기;
    비선형 연산을 기반으로 3상 역기전력을 출력하는 제 2 연산기; 및
    제어 신호 및 3상 전압 및 전류를 수신하고, 수신된 상기 제어 신호 및 상기 3상 전압 및 전류를 기반으로 상기 제 1 및 제 2 연산기들 중 어느 하나의 연산기를 선택하는 연산 제어기를 포함하고,
    상기 제어 신호는 외부 장치로부터 수신된 전동기 동작 모드 정보를 포함하는 전동기 위치 검출부.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 연산기는 선형 연산기이고, 상기 제 2 연산기는 비선형 연산기인 전동기 위치 검출부.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 연산기들 중 선택된 연산기의 출력을 기반으로 전동기 회전자의 위치 신호를 출력하는 위치 추정기를 더 포함하는 전동기 위치 검출부.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 연산 제어기는
    제 1 연산 입력 구간들을 저장하고, 상기 제어 신호를 기반으로 상기 제 1 연산 입력 구간을 선택하여 출력하는 레지스터;
    상기 제 1 연산 입력 구간 및 상기 3상 전압 및 전류를 비교하여 선택 신호를 출력하는 비교기를 포함하는 전동기 위치 검출부.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 선택 신호는 상기 제 1 및 제 2 연산기들 중 어느 하나를 선택하는 신호인 전동기 위치 검출부.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 연산기와 다른 선형 연산을 기반으로 3상 역기전력을 연산하는 제 3 내지 제 n 연산기들을 더 포함하는 전동기 위치 검출부.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 레지스터는 제 1 연산 입력 구간과 다른 제 2 내지 제 m 연산 입력 구간들을 더 포함하고,
    상기 제 3 내지 제 n 연산기들은 상기 제 2 내지 제 m 연산 입력 구간들에 포함된 상기 3상 전압 및 전류에 대응하는 3상 역기전력을 연산하는 전동기 위치 검출부.
  8. 제어 신호 및 위치 신호를 기반으로 복수의 스위칭 신호들을 출력하는 전동기 구동부;
    상기 복수의 스위칭 신호들을 기반으로 3상 전압들을 출력하는 PWM 인버터;
    상기 3상 전압들을 기반으로 동작하는 BLDC 전동기; 및
    상기 BLDC 전동기의 회전자의 위치를 감지하여 상기 위치 신호를 출력하는 위치 검출부를 포함하고,
    상기 위치 검출부는
    선형 연산을 기반으로 3상 역기전력을 출력하는 제 1 연산기;
    비선형 연산을 기반으로 3상 역기전력을 출력하는 제 2 연산기; 및
    제어 신호 및 상기 PWM 인버터로부터 상기 3상 전압들 및 3상 전류들을 수신하고, 수신된 상기 제어 신호 및 상기 3상 전압 및 전류를 기반으로 상기 제 1 및 제 2 연산기들 중 어느 하나의 연산기를 선택하는 연산 제어기를 포함하고,
    상기 제어 신호는 외부 장치로부터 수신된 상기 BLDC 전동기의 동작 모드 정보를 포함하는 BLDC 전동기 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 BLDC 전동기는 센서리스 BLDC 전동기인 BLDC 전동기 시스템.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 연산기들 중 선택된 연산기의 출력을 기반으로 전동기 회전자의 위치 신호를 출력하는 위치 추정기를 더 포함하는 BLDC 전동기 시스템.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 연산 제어기는
    제 1 연산 입력 구간들을 저장하고, 상기 제어 신호를 기반으로 상기 제 1 연산 입력 구간을 선택하여 출력하는 레지스터;
    상기 제 1 연산 입력 구간, 상기 3상 전압들 및 상기 3상 전류들을 비교하여 선택 신호를 출력하는 비교기를 포함하는 BLDC 전동기 시스템.
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