KR101937958B1 - Device for detecting error of sensorless motor using bemf signal - Google Patents

Device for detecting error of sensorless motor using bemf signal Download PDF

Info

Publication number
KR101937958B1
KR101937958B1 KR1020120114702A KR20120114702A KR101937958B1 KR 101937958 B1 KR101937958 B1 KR 101937958B1 KR 1020120114702 A KR1020120114702 A KR 1020120114702A KR 20120114702 A KR20120114702 A KR 20120114702A KR 101937958 B1 KR101937958 B1 KR 101937958B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
signal
electromotive force
time difference
zero crossing
counter electromotive
Prior art date
Application number
KR1020120114702A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20140048581A (en
Inventor
김봉준
Original Assignee
콘티넨탈 오토모티브 시스템 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 콘티넨탈 오토모티브 시스템 주식회사 filed Critical 콘티넨탈 오토모티브 시스템 주식회사
Priority to KR1020120114702A priority Critical patent/KR101937958B1/en
Priority to PCT/KR2013/009230 priority patent/WO2014061982A1/en
Publication of KR20140048581A publication Critical patent/KR20140048581A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101937958B1 publication Critical patent/KR101937958B1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/34—Testing dynamo-electric machines
    • G01R31/343—Testing dynamo-electric machines in operation
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/175—Indicating the instants of passage of current or voltage through a given value, e.g. passage through zero
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/34—Testing dynamo-electric machines

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)

Abstract

본 발명에서 외부 환경에 따라 역기전력 신호의 검출 에러를 사전에 방지할 수 있는 역기전력 신호를 이용한 센서리스 모터의 오류 보정장치를 개시한다.
본 발명에 다른 오류 보정장치는, 역기전력 신호를 이용하여 센서리스 모터의 구동 시 오류 신호를 보정하기 위한 장치에 있어서, 센서리스 모터 구동 시 발생하는 역기전력(Back-EMF:BEMF) 신호를 소정 레벨로 증폭 처리하는 신호 증폭부; 상기 신호 증폭부의 출력 신호를 디지털 신호로 변환하는 AD 컨버터; 상기 AD 컨버터의 출력 신호에 근거하여 역기전력 신호의 제로 크로싱(Zero-crossing) 시점을 검출하는 제로크로싱 검출부; 및 상기 센서리스 모터의 회전속도에 기초하여 역기전력 신호의 제로 크로싱 시점 간의 시간차를 산출하고, 산출 결과에 따라 상기 제로크로싱 검출부에서 출력되는 제로 크로싱 시점이 산출된 시간차 범주에 포함되는지를 판단하여 상기 AD 컨버터에서 출력되는 역기전력 신호의 진위를 판단하는 제어부;로 이루어진 것을 특징으로 한다.
따라서, 본 발명은 센서리스 모터의 위치검출을 위한 역기전력 신호의 안정적인 필터링을 기반으로, 역기전력 신호에 대한 발생 위치를 예측하고, 예측 결과로부터 모터의 구동 제어를 수행함으로써, 센서리스 모터 구동을 위한 인버터의 회로 구성을 단순화하여 시스템 단가를 격감시킬 수 있는 효과가 있다.Disclosed herein is an apparatus for correcting errors in a sensorless motor using a counter electromotive force signal capable of preventing a detection error of a counter electromotive force signal according to an external environment in advance.
The error correction apparatus according to the present invention is an apparatus for correcting an error signal when a sensorless motor is driven by using a counter electromotive force signal. The error correction apparatus includes a back-EMF (BEMF) A signal amplifier for amplifying the signal; An AD converter for converting an output signal of the signal amplifying unit into a digital signal; A zero crossing detector for detecting a zero crossing point of the counter electromotive force signal based on an output signal of the AD converter; And calculating a time difference between a zero crossing point of the counter electromotive force signal based on the rotation speed of the sensorless motor and determining whether the zero crossing point output from the zero crossing detector is included in the calculated time difference category, And a controller for determining the authenticity of the counter electromotive force signal output from the converter.
Therefore, according to the present invention, based on the stable filtering of the counter electromotive force signal for detecting the position of the sensorless motor, the generation position of the counter electromotive force signal is predicted and the drive control of the motor is performed based on the prediction result, So that the system cost can be reduced.

Figure R1020120114702
Figure R1020120114702

Description

역기전력 신호를 이용한 센서리스 모터의 오류 판단장치{DEVICE FOR DETECTING ERROR OF SENSORLESS MOTOR USING BEMF SIGNAL}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a device for detecting an error in a sensorless motor using a back electromotive force signal,

본 발명은 센서리스(sensorless) 모터 구동방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 센서리스 모터의 역기전력 발생 시점을 예측하고, 예측 결과에 대응하는 역기전력 신호만을 허용함으로써, 외부 환경에 따라 역기전력 신호의 검출 에러를 사전에 방지할 수 있는 역기전력 신호를 이용한 센서리스 모터의 오류 판단장치에 관한 것이다.
The present invention relates to a sensorless motor driving method, and more particularly, to a sensorless motor driving method that predicts a back electromotive force generation time point of a sensorless motor and allows only a back electromotive force signal corresponding to a prediction result, And more particularly, to a sensorless motor error determination device using a back electromotive force

일반적으로, 세탁기 등에 적용되는 센서리스 영구자석 동기모터를 이용하여 세탁조 등을 회전시키는 경우, 일정한 속도로 운전되는 정상상태 영역은 거의 없고 가속 및 감속운전을 반복함으로, 안정한 운전을 위해서는 센서리스 영구자석 동기모터가 정/역 회전을 할 때, 가/감속 운전특성이 양호해야 한다. 이러한 센서리스 제어에서는 정/역 구간의 저속운전 및 가/감속시의 회전자 위치검출 및 제어성능이 중요하다Generally, when a washing machine or the like is rotated using a sensorless permanent magnet synchronous motor applied to a washing machine or the like, there is almost no steady state region operated at a constant speed, and acceleration and deceleration operations are repeated. When the synchronous motor performs forward / reverse rotation, the acceleration / deceleration operation characteristics should be good. In such sensorless control, rotor position detection and control performance at low speed operation and acceleration / deceleration of the forward / reverse section are important

따라서, 종래에는 가상의 q축 및 d축을 설정하여 실제 시스템의 상전류를 가상의 축으로 축 변환하여 관측기 내의 모델식에 의한 전류와 비교하여 각 축의 전류 오차로부터 관측기의 회전자 위치와 속도가 실제 시스템의 위치와 속도를 추종하도록 한다. 하지만, 이러한 센서리스 영구자석 동기모터에 대한 센서리스 제어는 모터 기동 후 일정속도 이상일 때 비로소 수행되게 되는데, 이는 센서리스 영구자석 동기모터의 역기전력은 속도가 낮아짐에 따라 품질(quality)이 저하되어 회전자 위치와 속도를 추정하는 데 어려움이 있기 때문이다.Therefore, in the past, by setting the imaginary q-axis and d-axis, the phase current of the actual system is transformed into a virtual axis, and compared with the current by the model equation in the observer, the rotor position and speed of the observer So as to follow the position and speed of the vehicle. However, the sensorless control for such a sensorless permanent magnet synchronous motor is performed only when the motor is started at a constant speed or higher after the motor starts. This is because the back electromotive force of the sensorless permanent magnet synchronous motor is degraded as the speed is lowered, This is because it is difficult to estimate the electron position and velocity.

이에 따라, 종래에는 센서리스 영구자석 동기모터의 초기 기동 시, 회전자의 위치에 상응하는 전류를 제공하여 그에 합당한 모터 토크량을 발생시켜야 함에도 불구하고, 회전자의 위치와 속도를 알 수 없기 때문에 회전자의 위치와 속도에 관계없이 최고 부하를 기준으로 전류를 제공하게 된다. 그러므로, 종래에는 센서리스 영구자석 동기모터의 초기 기동 시 저부하에서는 관성계수가 실제 부하와 같지 않아 불필요한 토크를 필요로 하게 되고, 이에 따라 필요 이상으로 토크가 인가되어 기동 전류가 증가할 뿐만 아니라, 기동 전류가 증가하면 인버터에 발생되는 열도 증가하여 지속적인 운전이 불가능할 우려가 있었다.Accordingly, in the prior art, when the sensorless permanent magnet synchronous motor is initially started, a current corresponding to the position of the rotor is provided so as to generate a motor torque amount corresponding thereto, the position and speed of the rotor can not be known Regardless of the position and speed of the rotor, it provides current based on peak load. Therefore, conventionally, under the low load during the initial startup of the sensorless permanent magnet synchronous motor, the inertial coefficient is not equal to the actual load, so that an unnecessary torque is required. Accordingly, the torque is applied more than necessary to increase the starting current, The heat generated in the inverter is increased, and there is a fear that continuous operation is impossible.

이와 같은 문제점을 해결하기 위해 첨부된 특허문헌에서는 기 설정한 관성계수와 토크 가속도로부터 회전자의 위치를 추정토록 하고 있다. 즉, 첨부된 도 1에서와 같이, 3상 전압을 공급하기 위한 전압소스 인버터(180), 상전압 인가에 따른 전류추정기(110), 모터모델을 기반으로 추정한 제1 속도/위치 추정기(120), 기계모델을 기반으로 추정한 제2 속도/위치 추정기(130), 상기 모터모델과 기계모델로 각각 추정한 위치/속도를 혼합하는 크로스오버 함수를 가진 혼합기(140), 측정된 또는 추정된 속도와 지령을 비교하여 토오크 지령을 발생하는 속도제어기(150), 토오크 지령을 전류 지령으로 변환하는 전류지령 변환기(160) 및 지령 전류와 추정 및 측정한 전류와 비교하여 전압을 발생하는 백터 전류 제어기(170)로 구성된다.In order to solve such a problem, the attached patent document estimates the position of the rotor from the predetermined number of inertial coefficients and the torque acceleration. 1, a voltage source inverter 180 for supplying a three-phase voltage, a current estimator 110 for applying a phase voltage, a first speed / position estimator 120 A second speed / position estimator 130 based on the machine model, a mixer 140 having a crossover function that mixes the estimated position / speed with the motor model and the machine model, A speed controller 150 for comparing a speed and a command to generate a torque command, a current command converter 160 for converting a torque command into a current command, and a vector current controller 160 for generating a voltage by comparing the command current with a current estimated and measured (170).

상기 전류 추정기(110)는 여러 가지 형태로 구성될 수 있는데, 첫 번째로 모터의 3상에 세 개의 전류 변환기나 직렬의 션트(shunt) 저항을 이용하여 삼상 전류를 직접 검출하는 형태와, 두 번째로 두 개의 전류 변환기나 직렬의 션트 저항으로 두 상의 전류 검출 후 나머지 한 상은 2상 전류값으로 구하는 형태 및 세 번째로 직류 버스(bus)측의 하나의 직렬 션트 저항이나 인버터의 아래쪽 스위치들과 접지사이에 직렬로 두 개 혹은 세 개의 션트 저항으로 3상 전류를 재구성하여(current reconstruction) 추정하는 형태로 구성된다.The current estimator 110 may be configured in various forms. First, a three-phase current is directly detected using three current converters or series shunt resistors on three phases of the motor, Phase current is detected by two current converters or series shunt resistors, and the other phase is obtained by two-phase currents after the detection of the currents of two phases. Third, there is one serial shunt resistor on the side of the dc bus, And the current reconstruction is estimated by two or three shunt resistors in series between the three-phase currents.

결국, 센서리스 영구자석 동기모터 초기 기동 시 속도, 위치 정보를 추정할 때 실제 부하에 따른 관성계수와 토크 가속도를 이용함으로써, 필요 이상으로 토크 인가에 따른 기동 전류가 증가를 억제할 뿐만 아니라, 기동 전류 최소화에 의한 인버터에 발생되는 열 증가를 방지함으로써, 지속적인 운전이 불가능할 경우를 미연에 방지토록 하고 있다.As a result, when estimating the speed and position information at the initial startup of the sensorless permanent magnet synchronous motor, by using the inertia number and the torque acceleration depending on the actual load, not only the increase in the starting current according to the torque application is suppressed, It is possible to prevent an increase in the heat generated in the inverter due to the current minimization, thereby preventing the continuous operation from being impossible.

그러나, 전술한 바와 같이 관성계와 토크 가속도를 이용하여 센서리스 모터의 위치를 추정하는 것은 관성 및 토크 가속도 센서 등이 부가되어야 하기 때문에, 실질적으로 제품의 단가를 상승시키는 원인이 된다. 따라서, 센서리스 모터의 위치 추정이 용이한 시스템 개발이 시급한 실정이다.
However, as described above, estimating the position of the sensorless motor using the inertial system and the torque acceleration requires an inertia and a torque acceleration sensor, which substantially increases the unit price of the product. Therefore, it is urgent to develop a system that can easily estimate the position of the sensorless motor.

1. 대한민국 공개특허 10-2008-0027689, 공개일자 2008년 03월 28일, 발명의 명칭 '센서리스 영구자석 동기모터의 구동제어방법'1. A drive control method for a sensorless permanent magnet synchronous motor, which is disclosed in Korean Patent Publication No. 10-2008-0027689, published on Mar. 28, 2008,

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 센서리스 모터의 역기전력 발생 시점을 예측하고, 예측 결과에 대응하는 역기전력 신호만을 허용함으로써, 외부 환경에 따라 역기전력 신호의 검출 에러를 사전에 방지할 수 있는 역기전력 신호를 이용한 센서리스 모터의 오류 판단장치를 제공함에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the above problems, and it is an object of the present invention to provide a sensorless motor which can predict a back electromotive force generation time point of a sensorless motor and allow only a back electromotive force signal corresponding to a prediction result, And an error determination device for a sensorless motor using a back electromotive force signal that can prevent the occurrence of an abnormality.

본 발명의 다른 목적은, 센서리스 모터의 위치검출을 위한 역기전력 신호의 안정적인 필터링을 기반으로, 역기전력 신호에 대한 발생 위치를 예측하고, 예측 결과로부터 모터의 구동 제어를 수행함으로써, 센서리스 모터 구동을 위한 인버터의 회로 구성을 단순화하여 시스템 단가를 격감시킬 수 있는 역기전력 신호를 이용한 센서리스 모터의 오류 판단장치를 제공함에 있다.
It is another object of the present invention to provide a sensorless motor driving apparatus and a method for driving a sensorless motor by predicting a generation position of a back electromotive force signal based on stable filtering of a back electromotive force signal for detecting a position of a sensorless motor, And to provide a device for error determination of a sensorless motor using a back electromotive force signal that can reduce the system cost by simplifying the circuit configuration of the inverter for the inverter.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 관점에 따른 역기전력 신호를 이용한 센서리스 모터의 오류 판단장치는, 역기전력 신호를 이용하여 센서리스 모터의 구동 시 오류 신호를 판단하기 위한 장치에 있어서, 센서리스 모터 구동 시 발생하는 역기전력(Back-EMF:BEMF) 신호를 소정 레벨로 증폭 처리하는 신호 증폭부; 상기 신호 증폭부의 출력 신호를 디지털 신호로 변환하는 AD 컨버터; 상기 AD 컨버터의 출력 신호에 근거하여 역기전력 신호의 제로 크로싱(Zero-crossing) 시점을 검출하는 제로크로싱 검출부; 및 상기 센서리스 모터의 회전속도에 기초하여 역기전력 신호의 제로 크로싱 시점 간의 시간차를 산출하고, 상기 제로크로싱 검출부에서 출력되는 제로 크로싱 시점이 산출된 시간차 범주에 포함되는지를 판단하여 상기 AD 컨버터에서 출력되는 역기전력 신호의 진위를 판단하는 제어부;로 이루어진 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, there is provided an apparatus for determining an error of a sensorless motor using a counter electromotive force signal according to an aspect of the present invention, A signal amplifier amplifying a back-EMF (BEMF) signal generated at a predetermined level; An AD converter for converting an output signal of the signal amplifying unit into a digital signal; A zero crossing detector for detecting a zero crossing point of the counter electromotive force signal based on an output signal of the AD converter; And a zero crossing time point of the counter electromotive force signal based on the rotation speed of the sensorless motor, and determines whether a zero crossing point of time output from the zero crossing detection unit is included in the calculated time difference category, And a controller for determining the authenticity of the counter electromotive force signal.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 산출된 시간차는 현재 센서리스 모터의 회전속도(V[rps])로부터 연산되는 제로크로싱 시점 간의 시간차이고, 산출된 시간차 범주는 연산된 제로크로싱 시점 간의 시간차에 대한 허용 가능한 범위인 것을 특징으로 한다.The calculated time difference according to the preferred embodiment of the present invention is the time difference between the zero crossing time calculated from the rotational speed V [rps] of the current sensorless motor, and the calculated time difference category is the allowable time difference between the calculated zero crossing time And is a possible range.

또한 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 시간차에 대한 허용 가능한 범위는 100㎲ 내지 200㎲이거나, 상기 시간차에 대한 10% 내지 20% 비율인 것을 특징으로 한다.
Also, the allowable range for the time difference according to the preferred embodiment of the present invention is 100 占 퐏 to 200 占 퐏, or 10% to 20% of the time difference.

전술된 바와 같이, 본 발명에서 제시하는 역기전력 신호를 이용한 센서리스 모터의 오류 판단장치는 센서리스 모터의 역기전력 발생 시점을 예측하고, 예측 결과에 대응하는 역기전력 신호만을 허용함으로써, 외부 환경에 따라 역기전력 신호의 검출 에러를 사전에 방지할 수 있는 효과를 갖는다. 또한, 센서리스 모터의 위치검출을 위한 역기전력 신호의 안정적인 필터링을 기반으로, 역기전력 신호에 대한 발생 위치를 예측하고, 예측 결과로부터 모터의 구동 제어를 수행함으로써, 센서리스 모터 구동을 위한 인버터의 회로 구성을 단순화하여 시스템 단가를 격감시킬 수 있는 효과가 있다.
As described above, the apparatus for determining the error of the sensorless motor using the counter electromotive force signal according to the present invention predicts the generation time of the back electromotive force of the sensorless motor, permits only the back electromotive force signal corresponding to the prediction result, It is possible to prevent the detection error of the detection signal from being erroneously detected. In addition, based on the stable filtering of the counter electromotive force signal for detecting the position of the sensorless motor, the generation position of the back electromotive force signal is predicted, and the drive control of the motor is performed from the result of prediction. The system cost can be reduced.

도 1은 종래 센서리스 모터 구동 장치를 설명하기 위한 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 역기전력 신호를 이용한 센서리스 모터의 오류 판단장치를 나타낸 구성도이다.
도 3은 도 2의 동작을 설명하기 위한 타이밍 그래프이다.1 is a block diagram illustrating a conventional sensorless motor driving apparatus.
2 is a block diagram of an apparatus for determining an error of a sensorless motor using a counter electromotive force signal according to the present invention.
3 is a timing graph for explaining the operation of FIG.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 예시도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

먼저, 본 발명에서 제시하는 센서리스 모터의 동작은 모터 회전 속도를 참고하여 역기전력의 제로크로싱(Zero-crossing) 시점을 예측하고, 예측된 시점을 기반으로 현재 검출되는 역기전력 신호의 진위 여부를 판단한다. 즉, 역기전력 신호는 전기 또는 기계적 잡음에 의한 노이즈와 혼동될 수 있으며, 이러한 노이즈로 인해 모터 제어의 신뢰성을 상실하게 됨에 따라, 역기전력의 제로크로싱 시점에 기반하여 노이즈와 역기전력 신호를 구분하는 것이다.First, the operation of the sensorless motor proposed in the present invention predicts the zero-crossing point of time of the counter electromotive force by referring to the motor rotation speed, and determines whether the currently detected counter electromotive force signal is authentic based on the predicted point of time . That is, the back electromotive force signal can be confused with noise due to electrical or mechanical noise, and as the noise is lost from the reliability of the motor control, the noise and the back electromotive force signal are separated based on the zero crossing point of the back electromotive force.

여기서, 역기전력 신호를 예측하기 위해서는 회전자의 회전속도 즉, rps(rotation per second)를 인지해야 하고, 이로부터 시간을 산출함으로써 예측 가능하다. 센서리스 모터의 1회전 당 발생하는 역기전력 신호는 3상 DC 모터일 경우 모터 회전자의 자력 극수(n)에 대한 'n×6'회 발생한다. 이는 U, V, W 상에 대하여 역기전력이 포지티브 신호 및 네거티브 신호로 각각 발생하기 때문이다.Here, in order to predict the counter electromotive force signal, it is necessary to recognize the rotation speed of the rotor, that is, the rotation speed per second (rps), and to predict it by calculating the time therefrom. The back electromotive force signal generated per rotation of the sensorless motor occurs 'n × 6' times for the number of magnetic poles (n) of the motor rotor in case of 3-phase DC motor. This is because the counter electromotive force is generated as a positive signal and a negative signal with respect to the U, V, and W phases, respectively.

그러나, 자력 극수(n)는 회전자에 대한 N극과 S극이 대향되어 동일한 시점에서 상호 극성이 다른 역기전력 신호가 발생하기 때문에, 실질적으로 모터 1회전당 발생하는 역기전력 신호는 'n/2×6'회가 발생한다. 그리고, 역기전력 신호의 발생 횟수는 역기전력 신호에 대한 제로크로싱(zero-crossing)의 횟수로 상정될 수 있을 것이다.However, since the counter electromotive force signal n having mutually opposite polarities is generated at the same point in time when the N pole and the S pole of the magnetic pole are opposed to the rotor, the counter electromotive force signal generated per one rotation of the motor substantially becomes' n / 6 'times. The number of times the counter electromotive force signal is generated may be assumed to be the number of times of zero-crossing with respect to the counter electromotive force signal.

따라서, 회전자의 회전속도(V)[rps]는 회전자의 1회전 시 소요되는 시간(t)으로 나눈 "(n/2×6)/t"로 산출되며, 역기전력의 제로크로싱에 대한 주기는 "t/(n/2×6)"이다. 이는 역기전력 제로크로싱의 시간 차를 나타내는 것으로, 역기전력의 발생시점을 예측할 수 있는 수단이 된다.Therefore, the rotational speed V [rps] of the rotor is calculated as "(n / 2 x 6) / t" divided by the time t required for one rotation of the rotor, Quot; t / (n / 2 x 6) ". This indicates the time difference of the zero crossing of the back electromotive force, which is a means for predicting the time when the back electromotive force is generated.

도 2는 본 발명에 따른 센서리스 모터 구동을 위한 인버터를 나타낸 구성도이다. 도시된 바와 같이 센서리스 모터 구동 시 발생하는 역기전력(Back-EMF:BEMF) 신호를 소정 레벨로 증폭 처리하는 신호 증폭부(203)와, 상기 신호 증폭부(203)의 출력 신호를 디지털 신호로 변환하는 AD 컨버터(205)와, 상기 AD 컨버터(205)의 출력 신호에 근거하여 역기전력 신호의 제로 크로싱(Zero-crossing) 시점을 검출하는 제로크로싱 검출부(207), 상기 센서리스 모터의 회전속도에 기초하여 역기전력 신호의 제로 크로싱 시점 간의 시간차를 예측하고, 예측 결과에 따라 상기 제로크로싱 검출부(207)에서 출력되는 제로 크로싱 시점이 예측된 시간차 범주에 포함되는지를 판단하여 상기 AD 컨버터(205)에서 출력되는 역기전력 신호의 진위를 판단하는 제어부(201)로 이루어진다.2 is a block diagram showing an inverter for driving a sensorless motor according to the present invention. A signal amplifying unit 203 amplifying a back-EMF (BEMF) signal generated at the time of driving the sensorless motor to a predetermined level as shown in the figure, and converting the output signal of the signal amplifying unit 203 into a digital signal A zero crossing detection unit 207 for detecting a zero crossing time point of a counter electromotive force signal based on an output signal of the AD converter 205, And determines whether the zero crossing point output from the zero crossing detector 207 is included in the predicted time difference category according to the prediction result, and outputs the zero crossing time point to the AD converter 205 And a control unit 201 for determining the authenticity of the counter electromotive force signal.

여기서, 상기 센서리스 모터의 회전속도는 외부 센서에 의해 검출될 수 있으며, 상기 제어부(201)로부터 예측된 시간차는 현재 센서리스 모터의 회전속도(V[rps])로부터 연산되는 제로크로싱 시점 간의 시간차를 나타낸다. 그리고, 예측된 시간차 범주는 연산된 제로크로싱 시점 간의 시간차에 대한 허용 가능한 범위로서 대략 100㎲ 내지 200㎲로 설정할 수 있을 것이다. 필요에 따라, 허용 가능한 범위를 설정하지 아니하고, 시간차에 대한 일정 비율 예컨대 10% 내지 20%로 설정할 수 있을 것이다.Here, the rotational speed of the sensorless motor can be detected by an external sensor, and the predicted time difference from the control unit 201 is a time difference between zero crossing points calculated from the rotational speed (V [rps]) of the current sensorless motor . The predicted time difference category may be set to an allowable range of about 100 占 퐏 to 200 占 퐏 for the time difference between the calculated zero crossing points. If necessary, the allowable range may not be set, but may be set to a certain percentage, for example, 10% to 20% of the time difference.

또한, 시간차 범주 내에서 제로크로싱 신호가 검출되면 이는 정상적인 역기전력 신호로 간주되는 것으로, 상기 센서리스 모터가 등속도로 회전할 경우 전술된 시간차 범주는 매우 작아지거나 설정할 필요가 없을 것이다. 그러나, 센서리스 모터의 회전이 가속 또는 감속 상태일 경우에는 제어부(201)에서 연산되는 예측 시간차가 가변되어야 할 것이다. 이는 상기 제어부(201)가 현재 검출되는 센서리스 모터의 회전속도가 가변됨을 인지하고, 이로부터 제로크로싱 시점 간의 예측 시간차가 가변함에 따라 상기 제로크로싱 검출부(207)에서 검출되는 제로크로싱 시점에 대한 허용 범위를 부여하기 위한 것이다.Further, when a zero crossing signal is detected within the time difference category, it is regarded as a normal counter electromotive force signal. If the sensorless motor rotates at a constant speed, the above-described time difference category will be very small or need not be set. However, when the rotation of the sensorless motor is in the acceleration or deceleration state, the predicted time difference calculated by the control unit 201 should be varied. This is because the control unit 201 recognizes that the rotation speed of the sensorless motor that is currently detected is variable, and when the predicted time difference between the zero crossing points is changed, the zero crossing time point detected by the zero crossing detection unit 207 Range.

따라서, 상기 제어부(201)는 AD 컨버터(205)에서 출력되는 현재의 역기전력 신호가 예측된 시간차 범주 내에 포함되는 것으로 판단할 경우, AD 컨버터(205)에서 출력된 역기전력 신호가 정상적인 신호로 판단하는 것이다. 이러한 구성을 포함하고 있는 인버터는 노이즈와 정상적인 역기전력 신호를 판별함으로써 센서리스 모터의 제어에 대한 신뢰성을 확보하게 된다.Accordingly, when the controller 201 determines that the current back EMF signal output from the AD converter 205 is included in the predicted time difference category, the controller 201 determines that the back EMF signal output from the AD converter 205 is a normal signal . The inverter including such a configuration secures the reliability of the control of the sensorless motor by discriminating the noise and the normal counter electromotive force signal.

도 3은 본 발명에 따른 센서리스 모터의 제어신호인 PWM 신호와 더불어 역기전력 신호를 나타낸 그래프이다. 도 3a는 PWM 신호와 역기전력 신호를 중첩한 도면이고, 도 3b는 상기 제어부(201)의 예측 시간차 범주를 도시하고 있다.3 is a graph showing a counter electromotive force signal in addition to the PWM signal, which is a control signal of the sensorless motor according to the present invention. FIG. 3A shows a PWM signal and a counter electromotive force signal superimposed on each other, and FIG. 3B shows a predicted time difference category of the control unit 201. In FIG.

먼저 도시된 바와 같이, U상에서 센서리스 모터를 구동하기 위한 PWM 신호가 발생되면 PWM 신호의 포지티브 에지 부분에서 역기전력(a)이 발생한다. 또한, U상에서 PWM 신호의 네거티브 에지 부분에서는 역기전력 (d)이 발생한다. 이와 같이 각 상별(U,V,W) PWM 신호가 순차적으로 공급되면, 이에 대응하는 역기전력 신호가 도면과 같이 b,c,d,e,f...가 생성된다.As shown in the drawing, when a PWM signal for driving the sensorless motor is generated on U, a counter electromotive force (a) is generated at the positive edge portion of the PWM signal. In the negative edge portion of the PWM signal on U, a counter electromotive force (d) is generated. When the (U, V, W) PWM signals of the respective phases are sequentially supplied in this way, the counter electromotive force signals corresponding thereto are generated as b, c, d, e, f.

이러한 역기전력(BEMF) 신호는 신호증폭부(203)를 통해 소정 레벨의 신호로 증폭 처리되며, 상기 AD 컨버터(205)에 의해 디지털 신호로 변환된다. 디지털 신호는 아날로그의 역기전력 신호를 설정 주파수로 샘플링하는 것으로, 이를 근거로 상기 제로크로싱 검출부(207)에서 역기전력 신호의 제로 크로싱을 검출한다. 즉, 상기 제로크로싱 검출부(207)는 각 역기전력 신호에 대한 제로크로싱(zero-crossing) 시점이 추출한다.The BEMF signal is amplified by a signal of a predetermined level through a signal amplification unit 203 and is converted into a digital signal by the AD converter 205. The digital signal samples an analog back electromotive force signal at a set frequency, and the zero crossing detector 207 detects a zero crossing of the back electromotive force signal based on the sampled analog back electromotive force signal. That is, the zero crossing detection unit 207 extracts a zero-crossing time point for each counter electromotive force signal.

이와 동시에 상기 제어부(201)는 센서리스 모터의 회전속도 정보를 수신하며, 상기 회전속도 정보는 외부로부터 접속되는 별도의 속도 검출계를 이용하여 센서리스 모터의 rpm을 측정하고, 측정결과가 제어부(201)로 제공된다. 상기 제어부(201)는 현재 검출되는 회전속도(V)와 현재 적용되는 센서리스 모터의 극수(n)를 토대로 역기전력에 대한 제로크로싱 시점을 예측한다.At the same time, the control unit 201 receives the rotation speed information of the sensorless motor, and the rotation speed information is obtained by measuring the rpm of the sensorless motor using a separate speed detection system connected from the outside, 201). The control unit 201 predicts a zero crossing point of the counter electromotive force based on the currently detected rotational speed V and the number of poles n of the sensorless motor currently applied.

예컨대, 상기 센서리스 모터의 극수(n)가 4극이고, 현재 검출되는 센서리스 모터의 회전수가 3000rpm일 경우, 역기전력 신호 간 시간차는 1.33msec로 산출된다. 또한, 상기 제어부(201)는 역기전력 신호 간 시간차에 대한 허용범위 즉, 예측 시간차 범주를 기 설정된 범위 내에서 산출한다. 만약, 허용 가능한 시간차 범주가 200㎲일 경우, 상기 제어부(201)는 예측 시간차를 1.13msec 내지 1.53msec로 산정한다.For example, when the number of poles (n) of the sensorless motor is four, and the number of rotations of the sensorless motor currently detected is 3000 rpm, the time difference between the counter electromotive force signals is calculated to be 1.33 msec. Also, the control unit 201 calculates the allowable range for the time difference between the counter electromotive force signals, that is, the predicted time difference category within a predetermined range. If the allowable time difference category is 200 μs, the control unit 201 calculates the predicted time difference to be 1.13 msec to 1.53 msec.

이후 상기 제어부(201)는 제로크로싱 검출부(207)에서 검출된 역기전력 신호의 제로크로싱 시점이 예측 시간차 범주 내에 포함되는지를 판단한다. 여기서, 제어부(201)의 판단결과, 예측 시간차 범주 내에 현재 검출된 역기전력 신호의 제로크로싱 시점이 존재하지 않을 경우, 현재 검출된 역기전력 신호는 노이즈로 판단한다. 반면, 상기 예측 시간차 범주 내에 현재 검출된 역기전력 신호의 제로크로싱 시점이 존재할 경우에는, 현재 검출된 역기전력 신호가 정상적인 신호임으로 인지하는 것이다.Then, the controller 201 determines whether the zero crossing point of the back electromotive force signal detected by the zero crossing detector 207 is within the predicted time difference category. As a result of the determination by the controller 201, if there is no zero crossing point of the currently detected back electromotive force signal within the predicted time difference category, the currently detected back electromotive force signal is determined to be noise. On the other hand, if there is a zero crossing point of the detected back electromotive force signal within the predicted time difference category, it is recognized that the currently detected back electromotive force signal is a normal signal.

도 3b는 제어부(201)에서 예측한 시간차와 현재 검출되는 역기전력 신호를 중첩시킨 도면으로, 역기전력(a) 신호가 발생한 후, 역기전력(b) 신호가 발생할 때, 제어부(201)는 역기전력(a)를 기준으로 예측한 시간차를 산출하고, 산출 결과를 기반으로 예측한 시간차 범주에 역기전력(b)가 존재하는지를 판단한다. 도 3b에서는 현재 검출된 역기전력(b) 신호가 제어부(201)에서 검출된 예측 시간차 범주에 포함되고 있어 정상적인 신호로 판단한다.3B is a diagram in which the time difference predicted by the control unit 201 and the currently detected counter electromotive force signal are superimposed. When the counter electromotive force (b) signal occurs after the counter electromotive force (a) And determines whether a counter electromotive force b exists in the time difference category predicted based on the calculation result. In FIG. 3B, the currently detected back electromotive force (b) signal is included in the predicted time difference category detected by the controller 201, and it is judged as a normal signal.

반면, 상기 제로크로싱 검출부(207)가 현재 역기전력(c)을 검출하고, 제어부(201)가 세 번째 예측한 시간차를 산출한 결과, 예측 시간차 범주에 역기전력(c) 신호가 검출되지 아니할 경우, 상기 제어부(201)는 현재 검출된 신호를 노이즈로 간주하는 것이다.On the other hand, when the zero crossing detection unit 207 detects the current counter electromotive force c and the controller 201 calculates the third estimated time difference, if the counter electromotive force c signal is not detected in the predicted time difference category, The control unit 201 regards the currently detected signal as noise.

상기 제어부(201)는 이와 같이 노이즈로 판단되는 신호를 제거함으로써, 센서리스 모터의 컨트롤이 가능하게 되는데, 노이즈 제거를 위해서는 마스킹법을 사용한다. 즉, 제어부(201)는 내부 메모리에 도 3b와 같이 제로크로싱 검출부(207)에서 검출된 역기전력 신호(데이터)를 저장하고, 제어부(201)에서 산출된 예측 시간차에 따라 마스킹 데이터를 생성한다.The controller 201 can control the sensorless motor by removing a signal determined to be noise. In order to remove the noise, a masking method is used. That is, the control unit 201 stores the back electromotive force signal (data) detected by the zero crossing detection unit 207 in the internal memory as shown in FIG. 3B, and generates masking data according to the predicted time difference calculated by the control unit 201.

즉, 일정 시간 단위로 검출되는 역기전력 데이터를 시계열적으로 메모리에 저장하고 더불어, 제어부(201)에서 산출된 예측 시간차 정보를 '1'로 설정하고 나머지 정보를 '0'으로 설정하여 상기 메모리에 마스킹하는 것이다. 따라서, 예측된 시간차에 대응하여 현재 역기전력 데이터('1')가 존재할 경우, 예측된 시간차 정보 '1'과 역기전력 데이터 '1'을 AND 게이트로 출력함으로써, 정상적인 신호만을 유지토록 하는 것이다.In other words, the counter electromotive force data detected in a predetermined time unit is stored in the memory in a time series, and the predicted time difference information calculated by the control unit 201 is set to '1' and the remaining information is set to '0' . Accordingly, when the current counter electromotive force data ('1') exists corresponding to the predicted time difference, the predicted time difference information '1' and the counter electromotive force data '1' are output to the AND gate so that only the normal signal is maintained.

예측되지 않은 시간 동안에는 메모리에 '0'으로 라이팅하기 때문에, 예측되지 않은 시간에 역기전력 데이터('1')가 존재할 경우 AND 게이트 출력에 의해 '0'으로 마스킹 되는 것이다. 따라서, 노이즈임으로 판단되는 신호는 마스킹 데이터에 의해 클리어되고, 정상적인 역기전력 데이터만 메모리에 존재하게 된다.0 'by the AND gate output when the counter electromotive force data (' 1 ') is present at an unpredicted time, because it is written in the memory for an unexpected time. Therefore, the signal judged as noise is cleared by the masking data, and only the normal back EMF data exists in the memory.

상기 제어부(201)는 이와 같이 마스킹 기법에 따라 노이즈를 제거하고, 정상적인 데이터만 추출함으로써, 센서리스 모터의 구동을 정확하게 수행할 수 있는 데이터만을 제공하게 되는 것이다.
The controller 201 removes noise according to the masking technique and extracts only normal data, thereby providing only data that can accurately drive the sensorless motor.

201 : 제어부 203 : 신호 증폭부
205 : AD 컨버터 207 : 제로크로싱 검출부
a,b,c,d,e,f : 역기전력 신호에 대한 제로크로싱 시점201: control unit 203: signal amplification unit
205: AD converter 207: Zero crossing detector
a, b, c, d, e, f: zero crossing point for the counter electromotive force signal

Claims (6)

역기전력 신호를 이용하여 센서리스 모터의 구동 시 오류 신호를 판단하기 위한 장치에 있어서,
센서리스 모터 구동 시 발생하는 역기전력(Back-EMF:BEMF) 신호를 소정 레벨로 증폭 처리하는 신호 증폭부;
상기 신호 증폭부의 출력 신호를 디지털 신호로 변환하는 AD 컨버터;
상기 AD 컨버터의 출력 신호에 근거하여 역기전력 신호의 제로 크로싱(Zero-crossing) 시점을 검출하는 제로크로싱 검출부; 및
상기 센서리스 모터의 회전속도에 기초하여 역기전력 신호의 제로 크로싱 시점 간의 시간차를 산출하고, 상기 제로크로싱 검출부에서 출력되는 제로 크로싱 시점이 산출된 시간차 범주에 포함되는지를 판단하여 상기 AD 컨버터에서 출력되는 역기전력 신호의 진위를 판단하는 제어부;로 이루어진 것을 특징으로 하는 역기전력 신호를 이용한 센서리스 모터의 오류 판단장치.An apparatus for determining an error signal when driving a sensorless motor using a counter electromotive force signal,
A signal amplifying unit amplifying a back-EMF (BEMF) signal generated at the time of driving the sensorless motor to a predetermined level;
An AD converter for converting an output signal of the signal amplifying unit into a digital signal;
A zero crossing detector for detecting a zero crossing point of the counter electromotive force signal based on an output signal of the AD converter; And
Wherein the control unit calculates a time difference between a zero crossing point of the counter electromotive force signal based on the rotation speed of the sensorless motor and determines whether a zero crossing point output from the zero crossing detection unit is included in the calculated time difference category, And a control unit for determining the authenticity of the signal based on the back electromotive force signal. 제 1 항에 있어서,
상기 센서리스 모터의 회전속도는 외부 센서에 의해 검출되는 것을 특징으로 하는 역기전력 신호를 이용한 센서리스 모터의 오류 판단장치.The method according to claim 1,
Wherein the rotational speed of the sensorless motor is detected by an external sensor. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제어부로부터 산출된 시간차는 현재 센서리스 모터의 회전속도(V[rps])로부터 연산되는 제로크로싱 시점 간의 시간차이고, 산출된 시간차 범주는 연산된 제로크로싱 시점에서 허용 가능한 시간차 범위인 것을 특징으로 하는 역기전력 신호를 이용한 센서리스 모터의 오류 판단장치.3. The method according to claim 1 or 2,
Wherein the time difference calculated from the controller is a time difference between a zero crossing point calculated from the rotational speed (V [rps]) of the current sensorless motor and the calculated time difference category is a permissible time difference range at the calculated zero crossing point Fault determination device of sensorless motor using back EMF signal. 제 3 항에 있어서,
상기 산출된 시간차는 아래의 수학식 1에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 역기전력 신호를 이용한 센서리스 모터의 오류 판단장치.
시간 차= t/(n/2×6)... 수학식 1
여기서, t는 센서리스 모터 1회전당 소요 시간, n은 모터의 극수이다.
The method of claim 3,
Wherein the calculated time difference is calculated by the following equation (1): " (1) "
Time difference = t / (n / 2 x 6) Equation 1
Where t is the time required per rotation of the sensorless motor and n is the number of poles of the motor.
제 3 항에 있어서,
상기 시간차 범위는 100㎲ 내지 200㎲인 것을 특징으로 하는 역기전력 신호를 이용한 센서리스 모터의 오류 판단장치.The method of claim 3,
Wherein the time difference range is 100 占 퐏 to 200 占 퐏. 제 3 항에 있어서,
상기 시간차 범위는 상기 시간차에 대한 10% 내지 20% 비율인 것을 특징으로 하는 역기전력 신호를 이용한 센서리스 모터의 오류 판단장치.


The method of claim 3,
Wherein the time difference range is from 10% to 20% of the time difference.


KR1020120114702A 2012-10-16 2012-10-16 Device for detecting error of sensorless motor using bemf signal KR101937958B1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120114702A KR101937958B1 (en) 2012-10-16 2012-10-16 Device for detecting error of sensorless motor using bemf signal
PCT/KR2013/009230 WO2014061982A1 (en) 2012-10-16 2013-10-16 Apparatus for determining error of sensorless motor using counter-electromotive force signal

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120114702A KR101937958B1 (en) 2012-10-16 2012-10-16 Device for detecting error of sensorless motor using bemf signal

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20140048581A KR20140048581A (en) 2014-04-24
KR101937958B1 true KR101937958B1 (en) 2019-01-11

Family

ID=50488483

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020120114702A KR101937958B1 (en) 2012-10-16 2012-10-16 Device for detecting error of sensorless motor using bemf signal

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR101937958B1 (en)
WO (1) WO2014061982A1 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102152635B1 (en) * 2019-04-18 2020-09-07 현대모비스 주식회사 Apparatus and method for estimating motor rpm of electronic brake system
KR102317068B1 (en) * 2019-09-02 2021-10-25 (주)현대케피코 Control system and control method for bldc motor

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5473240A (en) 1993-12-30 1995-12-05 Whirlpool Corporation Motor control using third harmonic stator voltage signal

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR0154854B1 (en) * 1995-08-23 1998-12-15 김광호 Sensorless dc brushless motor start-up circuit using unbalancing clock
US5998946A (en) * 1997-10-08 1999-12-07 Daewoo Electronics Co., Ltd. Method and apparatus for controlling a rotation of a sensorless and brushless DC motor
KR100977085B1 (en) * 2008-06-30 2010-08-19 엠에스웨이 주식회사 Sensorless Blushless motor High-speed startup algorithm with Smart align Process
KR20100052858A (en) * 2008-11-11 2010-05-20 주식회사 현대오토넷 Apparatus and method for controlling bldc motor
KR20110112995A (en) * 2010-04-08 2011-10-14 포항공과대학교 산학협력단 Rotor position estimation system and method for synchronous motor using a pll(phase locked loop) based incorporation of two sensorless algorithms

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5473240A (en) 1993-12-30 1995-12-05 Whirlpool Corporation Motor control using third harmonic stator voltage signal

Also Published As

Publication number Publication date
KR20140048581A (en) 2014-04-24
WO2014061982A1 (en) 2014-04-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6501243B1 (en) Synchronous motor-control apparatus and vehicle using the control apparatus
JP3695342B2 (en) Electric motor control device
JP3661642B2 (en) Motor control device and control method thereof
JP5124483B2 (en) Method and apparatus for driving a synchronous machine
US8593093B2 (en) Electric motor control apparatus
US20070296371A1 (en) Position sensorless control apparatus for synchronous motor
TWI525981B (en) System, method and apparatus of sensor-less field oriented control for permanent magnet motor
JP2009189176A (en) Drive system for synchronous motor
EP2258043B1 (en) Sensorless control of salient-pole machines
JP2006230169A (en) Controller for synchronous machine
JP2008220096A (en) Sensorless controller of synchronous electric motor
JP3894286B2 (en) Control device for permanent magnet synchronous motor
JP2008092787A (en) Drive unit for electric motor
JP5074318B2 (en) Rotor position estimation device for synchronous motor
KR101937958B1 (en) Device for detecting error of sensorless motor using bemf signal
JP2010035352A (en) Device for estimating rotor position of synchronous electric motor
KR20090055070A (en) Control system of permanent magnet synchronous motor and method thereof
JP3797508B2 (en) Sensorless speed control method of permanent magnet type synchronous motor and step-out detection method thereof
JP4735439B2 (en) Initial magnetic pole position estimation device for permanent magnet type synchronous motor
CN109600087B (en) Rotation speed calculating device
JP5396754B2 (en) Output estimation device
JP2007282319A (en) Synchronous motor control device
JP2007082380A (en) Synchronous motor control device
JP2007259650A (en) Apparatus and method for electric drive control
JP7468390B2 (en) Motor Control Device

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant