KR102553783B1 - 모터 회전자 제어 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 BLDC 모터의 초기 구동 시에 회전자(Rotor)를 정렬시키기 위해 특정 방향으로 정렬 전류를 인가하는 정렬 벡터를 인가함과 더불어 어떤 방향으로도 전류를 인가하지 않고 회전을 저지하는 제로(0) 벡터를 인가하여, 회전하는 힘과 정지하는 힘이 교번적으로 작용하여 회전자가 정렬 위치를 지나치지 않고 빠르게 정렬이 될 수 있도록 하는, 모터 회전자 제어 방법 및 장치가 개시된다.
개시된 모터 회전자 제어 장치는, 회전자를 구비하는 모터; 상기 모터에 직류 전압을 3상 교류 전압으로 변환하여 공급하는 인버터; 상기 모터의 초기 구동 시에, 상기 회전자가 정렬 방향으로 회전하도록 하는 정렬 벡터와, 상기 회전자의 회전 속도를 줄여주는 제로(0) 벡터가 상기 모터에 교번으로 인가되도록 상기 인버터를 제어하는 제어부를 포함한다.
본 발명에 의하면, 모터의 회전자 정렬시 브레이킹 효과를 가지는 제로(0) 벡터(Vector)를 정렬 Vector와 혼합하여 인가함으로써 빠르고 정확한 정렬성능을 발휘할 수 있다.

Description

모터 회전자 제어 방법 및 장치{Apparatus and method for controlling a rotor of BLDC motor using zero vector or array vector}
본 발명은 모터 회전자 제어 방법 및 장치에 관한 것으로서, 더욱 자세하게는 BLDC(BrushLess Direct Current) 모터의 초기 구동 시에 회전자(Rotor)를 정렬시키기 위해 특정 방향으로 정렬 전류를 인가하는 정렬 벡터를 인가함과 더불어 어떤 방향으로도 전류를 인가하지 않고 회전을 저지하는 제로(0) 벡터를 인가하여, 회전하는 힘과 정지하는 힘이 교번적으로 작용하여 회전자가 정렬 위치를 지나치지 않고 빠르게 정렬이 될 수 있도록 하는, 제로 벡터와 정렬 벡터를 이용한 모터 회전자 제어 방법 및 장치에 관한 것이다.
BLDC 모터를 구동하기 위해서는 회전자의 위치 정보가 필요하다. 이 회전자의 위치 정보를 얻기 위해 홀센서, 엔코더, 레졸버 등 주로 센서류가 사용된다.
최근에는 원가절감 및 노이즈 내성을 높이기 위해 이런 센서를 사용하지 않고 회전자의 위치 정보를 얻을 수 있는 센서리스 알고리즘이 많이 사용된다. 이런 센서리스 알고리즘들은 모터가 회전할 때 발생하는 역기전력을 이용하여 회전자의 위치 정보를 얻게 된다.
따라서, 모터가 정지 상태일 경우, 역기전력이 발생하지 않아 회전자의 위치를 알 수 없는 단점이 존재한다. 그러므로 센서리스 알고리즘들은 '정렬 -> 강제구동 -> 센서리스제어'의 기동 절차를 수행한다.
하지만, 쿨링 팬과 같이 관성이 큰 제품에 적용 시에는 큰 관성에 의해 빠른 시간 내에 정렬이 힘들다. 정렬 단계에서는 모터의 회전자가 특정 위치로 이동(회전)하면서 모터에 부착된 쿨링 팬도 함께 이동(회전)하게 되는데, 관성이 큰 쿨링 팬은 정렬 위치에서 멈추는 것이 아니라 큰 관성에 의해 정렬 위치를 지나쳐 버리게 된다. 이로 인해 미리 정해둔 정렬위치를 기점으로 왔다 갔다 하는 반복운동을 하며 긴 시간을 소모한 후에 멈추게(정렬) 되는 문제점이 있다.
또한, 모터의 회전자의 정렬 시간을 짧게 설정할 경우에 완전히 정렬되지 않아 모터의 기동 실패가 발생할 우려가 크다는 문제점이 있다.
한국 공개특허공보 제10-2016-0056622호(공개일: 2016.05.20)
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, BLDC 모터의 초기 구동 시에 회전자(Rotor)를 정렬시키기 위해 특정 방향으로 정렬 전류를 인가하는 정렬 벡터를 인가함과 더불어 어떤 방향으로도 전류를 인가하지 않고 회전을 저지하는 제로(0) 벡터를 인가하여, 회전하는 힘과 정지하는 힘이 교번적으로 작용하여 회전자가 정렬 위치를 지나치지 않고 빠르게 정렬이 될 수 있도록 하는, 모터 회전자 제어 방법 및 장치를 제공함에 있다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 모터 회전자 제어 장치는, 회전자를 구비하는 모터; 상기 모터에 직류 전압을 3상 교류 전압으로 변환하여 공급하는 인버터; 상기 모터의 초기 구동 시에, 상기 회전자가 정렬 방향으로 회전하도록 하는 정렬 벡터와, 상기 회전자의 회전 속도를 줄여주는 제로(0) 벡터가 상기 모터에 교번하여 인가되도록 상기 인버터를 제어하는 제어부를 포함한다.
또한, 상기 제어부는, 상기 모터가 정지 상태인 경우, 상기 회전자를 미리 정해진 특정 위치로 이동시키는 정렬 과정, 상기 회전자가 정렬된 상기 모터에 회전 자계를 생성하여 상기 모터를 강제로 구동시키는 강제구동 과정, 및 강제로 구동된 상기 모터에서 역기전력이 발생하면 역기전력을 이용해 상기 회전자의 위치 정보를 획득하여 센서리스로 상기 모터를 제어하는 센서리스 제어 과정으로 상기 모터의 동작을 제어하게 된다.
또한, 상기 제어부는, 상기 인버터의 상단에 있는 3상 스위치를 모두 온(ON)시키거나, 상기 인버터의 하단에 있는 3상 스위치를 모두 온(ON)시켜 상기 제로(0) 벡터가 상기 모터에 인가되도록 제어하게 된다.
그리고, 상기 제어부는, 상기 인버터를 통해, 상기 모터에 상기 정렬 벡터를 인가하여 상기 회전자가 정렬 방향으로 회전할 때, 상기 제로 벡터를 상기 모터에 인가하여 상기 회전자의 회전 속도를 줄이다가, 다시 상기 정렬 벡터를 상기 모터에 인가하여 상기 회전자의 회전력이 발생되도록 하며, 다시 상기 모터에 상기 제로 벡터를 인가하여 상기 회전자의 회전 속도를 줄이도록 제어하게 된다.
또한, 상술한 모터 회전자는 회전축(모터축)에 팬(fan)을 연결하여 열교환기 냉각용 쿨링 팬으로 제조될 수 있으며, 이 경우, 외형이 커서 관성이 크게 작용하는 팬을 효과적으로 제어할 수 있다.
한편, 전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 모터 회전자 제어 방법은, (a) 제어부가 인버터를 통해 모터에 정렬 벡터를 인가하는 단계; (b) 모터가 인가된 정렬 벡터에 의해 회전자를 회전하는 단계; (c) 제어부가 인버터를 통해 모터에 제로(0) 벡터를 인가하는 단계; 및 (d) 모터가 인가된 제로 벡터에 의해 회전자의 회전 속도를 줄이는 단계를 포함한다.
또한, 모터 회전자 제어 장치는, 상기 (a) 단계 내지 상기 (d) 단계를 다시 반복하여 상기 회전자가 정렬 위치에 정렬되도록 제어하게 된다.
또한, 상기 (a) 단계에서 상기 인버터는, 상기 정렬 벡터에 대해 상기 회전자를 정렬시키기 위해 상기 회전자가 특정 방향으로 회전하도록 상기 모터에 정렬 전류를 인가하게 된다.
또한, 상기 (c) 단계에서 상기 인버터는, 상기 제로(0) 벡터에 대해 상기 회전자의 회전을 저지하기 위해 상기 회전자가 어떤 방향으로도 회전하지 않도록 상기 모터에 전류를 인가하지 않는 것으로 수행하게 된다.
또한, 상기 (c) 단계에서 상기 제어부는, 상기 인버터의 상단에 있는 3상 스위치를 모두 온(ON)시키거나, 상기 인버터의 하단에 있는 3상 스위치를 모두 온(ON)시켜 상기 제로(0) 벡터가 상기 모터에 인가되도록 제어하게 된다.
그리고, 상기 (a) 단계 내지 상기 (d) 단계를 다시 반복하여 상기 회전자가 미리 정해진 정렬 위치에 정렬되도록 하는 정렬 과정 이후에, 상기 회전자가 정렬된 상기 모터에 회전 자계를 생성하여 상기 모터를 강제로 구동시키는 강제구동 과정, 및 강제로 구동된 상기 모터에서 역기전력이 발생하면 역기전력을 이용해 상기 회전자의 위치 정보를 획득하여 센서리스로 상기 모터를 제어하는 센서리스 제어 과정을 수행하게 된다.
한편, 전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 모터 회전자; 및 상기 모터 회전자의 회전축에 연결된 팬(fan)을 포함하는 열교환기 냉각용 쿨링 팬을 제공한다.
본 발명에 의하면, 모터의 회전자 정렬시 브레이킹 효과를 가지는 제로(0) 벡터(Vector)를 정렬 Vector와 혼합하여 인가함으로써 빠르고 정확한 정렬성능을 발휘할 수 있다.
또한, 모터의 회전자에 대한 회전 관성이 커서 정렬이 난해한 제품에 적용이 가능한다.
또한, 모터의 회전자에 대한 정확하고 빠른 정렬을 통해 기동실패 확률을 줄일 수 있다.
또한, BLDC 모터를 센서리스 알고리즘으로 제어할 때, 정렬방법을 개선하여 빠르고 정확한 정렬을 가능하게 한다.
또한, 회전자의 정렬시 정렬을 하기 위한 정렬 Vector만 인가하는 것이 아니라, 브레이킹 효과를 가지는 0Vector를 혼합하여 인가함으로써, 회전자가 정렬 지점을 지나쳐 가는 것을 방지할 수 있다.
그리고, 관성이 큰 쿨링 팬 같은 모터에 적용할 경우에 본 발명의 효과를 많이 볼 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 모터 회전자 제어 장치의 주요 구성을 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 인버터에 대해 3상 스위칭 소자로 구성한 예를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 모터 회전자 제어 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 인버터가 정렬 벡터를 모터에 인가하여 회전력을 발생시키는 예를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 모터에 정렬 벡터만 인가할 경우에 회전자의 동작을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 모터에 인가된 제로 벡터에 의해 회전자가 동작하는 예를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 모터에 제로 벡터 인가 시에 회전 저지력 발생 원리를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따라 모터에 정렬 벡터와 제로 벡터를 혼합하여 인가하는 경우에 회전자의 동작을 나타낸 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우 뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
어느 부분이 다른 부분의 "위에" 있다고 언급하는 경우, 이는 바로 다른 부분의 위에 있을 수 있거나 그 사이에 다른 부분이 수반될 수 있다. 대조적으로 어느 부분이 다른 부분의 "바로 위에" 있다고 언급하는 경우, 그 사이에 다른 부분이 수반되지 않는다.
제1, 제2 및 제3 등의 용어들은 다양한 부분, 성분, 영역, 층 및/또는 섹션들을 설명하기 위해 사용되나 이들에 한정되지 않는다. 이들 용어들은 어느 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션을 다른 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션과 구별하기 위해서만 사용된다. 따라서, 이하에서 서술하는 제1 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션은 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 제2 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션으로 언급될 수 있다.
여기서 사용되는 전문 용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
"아래", "위" 등의 상대적인 공간을 나타내는 용어는 도면에서 도시된 한 부분의 다른 부분에 대한 관계를 보다 쉽게 설명하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 용어들은 도면에서 의도한 의미와 함께 사용 중인 장치의 다른 의미나 동작을 포함하도록 의도된다. 예를 들면, 도면 중의 장치를 뒤집으면, 다른 부분들의 "아래"에 있는 것으로 설명된 어느 부분들은 다른 부분들의 "위"에 있는 것으로 설명된다. 따라서 "아래"라는 예시적인 용어는 위와 아래 방향을 전부 포함한다. 장치는 90˚ 회전 또는 다른 각도로 회전할 수 있고, 상대적인 공간을 나타내는 용어도 이에 따라서 해석된다.
다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련 기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 모터 회전자 제어 장치의 주요 구성을 나타낸 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 모터 회전자 제어 장치(100)는, 모터(110), 인버터(120) 및 제어부(130)를 포함한다.
모터(110)는 회전자를 구비하고, 인버터(120)로부터 전원을 공급받아 회전자를 회전시켜 회전력을 제공한다. 여기서, 모터(110)는 BLDC 모터를 포함하고, 인덕턴스 성분을 발생시키는 코일을 3상으로 하는 권선을 갖는다. 즉, BLDC 모터는 전력을 전달하기 위한 탄소 브러쉬와 같은 절연도체가 없는 구조로서, 모터축에 자석이 있고 모터 케이스 내부 벽면에 코일이 있어, 모터가 회전하기 위한 전력의 공급이 회전하지 않는 모터 내부 벽에 부착된 코일에 공급함에 따라 브러쉬가 필요없는 것이다.
인버터(120)는 직류 전압을 3상 교류 전압으로 변환하여 모터(110)에 공급한다. 이때, 인버터(120)는 3상(U, V, W)의 권선에 도 2에 도시된 바와 같이 각각의 전력용 스위칭 소자(S1 ~ S6)가 연결된다. 즉, 인버터(120)는 3상의 스위칭 소자를 구비하는데, 예컨대, 상단의 3상 FET와 하단의 3상 FET를 구비할 수 있다.
제어부(130)는 모터(110)의 초기 구동 시에, 회전자가 정렬 방향으로 회전하도록 하는 정렬 벡터와, 회전자의 회전 속도를 줄여주는 제로(0) 벡터가 모터(110)에 교번하여 인가되도록 인버터(120)를 제어한다.
또한, 제어부(130)는, 모터(110)가 정지 상태인 경우, 회전자를 미리 정해진 특정 위치로 이동시키는 정렬 과정, 회전자가 정렬된 모터에 회전 자계를 생성하여 모터를 강제로 구동시키는 강제구동 과정, 및 강제로 구동된 모터에서 역기전력이 발생하면 역기전력을 이용해 회전자의 위치 정보를 획득하여 센서리스로 모터를 제어하는 센서리스 제어 과정으로 모터(110)의 동작을 제어하게 된다.
또한, 제어부(130)는, 인버터(120)의 상단에 있는 3상 스위치를 모두 온(ON)시키거나, 상기 인버터의 하단에 있는 3상 스위치를 모두 온(ON)시켜 상기 제로(0) 벡터가 상기 모터에 인가되도록 제어하게 된다.
그리고, 제어부(130)는, 인버터를 통해, 모터에 정렬 벡터를 인가하여 회전자가 정렬 방향으로 회전할 때, 제로 벡터를 모터에 인가하여 회전자의 회전 속도를 줄이다가, 다시 정렬 벡터를 모터에 인가하여 회전자의 회전력이 발생되도록 하며, 다시 모터에 제로 벡터를 인가하여 회전자의 회전 속도를 줄이도록 제어하여, 회전자가 정렬 위치에 멈추도록 하게 된다.
한편, 전술한 구성의 모터 회전자 제어 장치는, 모터에 구비된 모터 회전자; 및 모터 회전자의 회전축에 연결된 팬(fan)을 포함하는 열교환기 냉각용 쿨링 팬에 적용하여 제공할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 인버터에 대해 3상 스위칭 소자로 구성한 예를 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 인버터(120)는 3상(U, V, W)의 권선에 각각의 전력용 스위칭 소자 FET(S1 ~ S6)가 연결된다.
이때, 인버터부(120)와 모터(110)의 3상 권선 간의 연결 라인 상에 역률보상 캐패시터(210)가 각각 병렬로 연결될 수 있다. 즉, 역률보상 캐패시터(210)는, 인버터(120)의 출력단에 있는 3상 중 U상과 V상 간에, V상과 W상 간에, W상과 U상 간에 3개가 각각 병렬로 연결될 수 있다. 그리고, 역률보상 캐패시터(210)의 용량 크기는 모터(110)의 인덕턴스 성분의 크기와 동일하게 유지되도록 설정될 수 있다.
제어부(130)는 인버터(120)에 각각의 전력용 스위칭 소자(S1 ~ S6)의 스위칭 구동 신호를 인가한다. 즉, 제어부(130)는 사용자의 조작에 따라 인버터(120)의 각 스위칭 소자(S1 ~ S6)의 스위칭 동작을 제어하여 모터(110)의 기동, 운전 및 속도를 제어하게 되며, 각 스위칭 소자(S1 ~ S6)를 스위칭하기 위한 스위칭 구동 신호를 생성해 인버터(120)에 인가한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 모터 회전자 제어 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도를 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 모터 회전자 제어 장치(100)는, 제어부(130)가 인버터(120)를 통해 모터(110)에 정렬 벡터를 인가한다(S310).
여기서, 정렬 벡터는 회전자를 정렬시키기 위해 회전자가 특정 방향으로 회전하도록 모터(110)에 인가하는 정렬 전류를 의미한다.
이어, 모터(110)는 인가된 정렬 벡터에 의해 회전자를 회전시킨다(S320).
즉, 인버터(120)는 도 4에 도시된 바와 같이 상단의 3상 스위치 중 하나의 스위치를 온(ON)시키고, 하단의 3상 스위치 중 하나를 온(ON)시켜, 모터(110)에 정렬 벡터를 인가하고, 모터(110)는 인가받은 정렬 벡터에 따라 회전력을 발생시키는 것이다. 도 4는 본 발명에 따른 인버터가 정렬 벡터를 모터에 인가하여 회전력을 발생시키는 예를 나타낸 도면이다.
이때, 인버터(120)에 인가된 직류 전압(Vdc)은 다음 수학식1과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112016088209851-pat00001
따라서, 입력 전력(Pin)은 다음 수학식 2와 같이 역기전력과 전류의 곱으로 나타낼 수 있다.
Figure 112016088209851-pat00002
즉, 입력 전력(Pin)은 모터(110)의 3상 권선 코일에서의 동손 및 인덕턴스 성분에 의한 유도 부하로 구성된다.
여기서, 제어부(130)가 인버터(120)를 통해 정렬 벡터만 모터(110)에 인가할 경우에, 도 5에 도시된 바와 같이 모터(110)에서는 정렬 벡터에 의해 회전자가 정렬 방향으로 회전하게 되고, 정렬 위치에 도달하기 전까지 회전력이 지속적으로 발생한다. 도 5는 본 발명에 따른 모터에 정렬 벡터만 인가할 경우에 회전자의 동작을 나타낸 도면이다. 도 5에서, 회전자는 큰 관성에 의해 정렬 위치를 지나쳐 버리고, 정렬 위치로 다시 이동하기 위해 반대 방향으로 힘이 발생하여, 왔다 갔다 하는 과정을 여러 번 반복하면서 정렬이 완료되는 것이다.
그러나, 본 발명에서는 회전자가 큰 관성에 의해 정렬 위치를 지나치지 않도록 제로(0) 벡터를 정렬 벡터와 혼합하여 모터(110)에 인가하는 것이다.
이어, 제어부(130)는 인버터(120)를 통해 모터(110)에 제로(0) 벡터를 인가한다(S330).
여기서, 제로(0) 벡터는 회전자의 회전을 저지하기 위해 회전자가 어떤 방향으로도 회전하지 않도록 모터(110)에 전류를 인가하지 않는 것을 의미한다.
이때, 제어부(130)는, 도 6에 도시된 바와 같이 인버터(120)의 상단에 있는 3상 스위치를 모두 온(ON)시키거나, 인버터(120)의 하단에 있는 3상 스위치를 모두 온(ON)시켜 제로(0) 벡터가 모터(110)에 인가되도록 제어하게 된다. 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 모터에 인가된 제로 벡터에 의해 회전자가 동작하는 예를 나타낸 도면이다.
따라서, 모터(110)에 제로 벡터가 인가됨에 따라, 모터(110)는 회전자가 회전하는 방향에 대해, 제로 벡터에 의해 회전 저지력이 발생되어 회전자의 회전 속도가 급속히 줄어들게 된다.
이어, 모터(110)는 인가받은 제로 벡터에 의해 회전자의 회전 속도를 줄이게 된다(S340).
여기서, 인버터(120)에서 모터(110)에 제로 벡터를 인가하는 경우에, 모터(110)는 도 7에 도시된 바와 같은 원리에 따라 회전력 발생을 저지하게 된다. 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 모터에 제로 벡터 인가 시에 회전 저지력 발생 원리를 나타낸 도면이다.
이어, 모터 회전자 제어 장치(110)는, S310 단계 내지 S340 단계를 다시 반복하여 회전자가 정렬 위치에 정렬되도록 제어한다(S340).
즉, 제어부(130)는 인버터(120)를 통해 도 8에 도시된 바와 같이 모터(110)에 정렬 벡터를 인가함과 더불어 제로 벡터를 인가하는 방식으로, 정렬 벡터와 제로 벡터를 혼합해 인가하게 되고, 모터(110)는 정렬 벡터에 의해 회전자가 회전하다가 제로 벡터에 의해 회전 저지력이 발생되어 회전자의 회전 속도가 줄어들게 되는 것이다. 도 8은 본 발명의 실시예에 따라 모터에 정렬 벡터와 제로 벡터를 혼합하여 인가하는 경우에 회전자의 동작을 나타낸 도면이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 모터(110)는 인가받은 정렬 벡터에 의해 회전자가 정렬 방향으로 회전하다가, 인버터(120)로부터 인가받은 제로(0) 벡터에 의해 회전자의 회전 속도가 급속히 줄어들며, 다시 모터(110)에 정렬 벡터와 제로 벡터를 혼합하여 인가하게 되며, 모터(110)는 정렬 벡터에 의해 회전력을 발생시키며, 제로 벡터에 의해 회전 속도를 줄이게 되어, 회전자가 정렬 위치를 지나치지 않고 빠르게 정렬이 완료되는 것이다.
그리고, 모터 회전자 제어 장치(110)는, 전술한 S310 단계 내지 S340 단계를 다시 반복하여 회전자가 미리 정해진 정렬 위치에 정렬되도록 하는 정렬 과정 이후에, 회전자가 정렬된 모터에 회전 자계를 생성하여 모터를 강제로 구동시키는 강제구동 과정, 및 강제로 구동된 모터에서 역기전력이 발생하면 역기전력을 이용해 회전자의 위치 정보를 획득하여 센서리스로 모터를 제어하는 센서리스 제어 과정을 수행하게 된다.
전술한 바와 같이 본 발명에 의하면, BLDC 모터의 초기 구동 시에 회전자(Rotor)를 정렬시키기 위해 특정 방향으로 정렬 전류를 인가하는 정렬 벡터를 인가함과 더불어 어떤 방향으로도 전류를 인가하지 않고 회전을 저지하는 제로(0) 벡터를 인가하여, 회전하는 힘과 정지하는 힘이 교번적으로 작용하여 회전자가 정렬 위치를 지나치지 않고 빠르게 정렬이 될 수 있도록 하는, 모터 회전자 제어 방법 및 장치를 실현할 수 있다.
본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있으므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 모터 회전자 제어 장치
110 : 모터
120 : 인버터
130 : 제어부

Claims (11)

  1. 회전자를 구비하는 모터;
    상기 모터에 직류 전압을 3상 교류 전압으로 변환하여 공급하는 인버터;
    상기 모터의 초기 구동 시에, 상기 회전자가 정렬 방향으로 회전하도록 하는 정렬 벡터와, 상기 회전자의 회전 속도를 줄여주는 제로(0) 벡터가 상기 모터에 교번하여 인가되도록 상기 인버터를 제어하는 제어부;를 포함하되,
    상기 제어부는 상기 모터에 상기 정렬 벡터를 인가하여 상기 회전자가 정렬 방향으로 회전할 때에 상기 제로 벡터를 인가하여 상기 회전자의 회전 속도를 줄이고, 상기 회전자의 회전 속도가 줄어들 때에 다시 상기 정렬 벡터를 인가하여 상기 회전자의 회전력을 발생시키고, 다시 상기 제로 벡터를 인가하여 상기 회전자의 회전 속도를 줄이도록 제어하는 것을 반복하여 상기 회전자가 미리 정해진 정렬 위치에 정렬되도록 하는 모터 회전자 제어 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 모터가 정지 상태인 경우, 상기 회전자를 미리 정해진 특정 위치로 이동시키는 정렬 과정, 상기 회전자가 정렬된 상기 모터에 회전 자계를 생성하여 상기 모터를 강제로 구동시키는 강제구동 과정, 및 강제로 구동된 상기 모터에서 역기전력이 발생하면 역기전력을 이용해 상기 회전자의 위치 정보를 획득하여 센서리스로 상기 모터를 제어하는 센서리스 제어 과정으로 상기 모터의 동작을 제어하는, 모터 회전자 제어 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 인버터의 상단에 있는 3상 스위치를 모두 온(ON)시키거나, 상기 인버터의 하단에 있는 3상 스위치를 모두 온(ON)시켜 상기 제로(0) 벡터가 상기 모터에 인가되도록 제어하는, 모터 회전자 제어 장치.
  4. 삭제
  5. (a) 제어부가 인버터를 통해 모터에 정렬 벡터를 인가하는 단계;
    (b) 모터가 인가된 정렬 벡터에 의해 회전자를 회전하는 단계;
    (c) 제어부가 인버터를 통해 모터에 제로(0) 벡터를 인가하는 단계; 및
    (d) 모터가 인가된 제로 벡터에 의해 회전자의 회전 속도를 줄이는 단계;를 포함하되,
    상기 (a) 단계에 의해 상기 회전자가 정렬 방향으로 회전할 때에 상기 (c) 및 (d) 단계를 수행하고, 상기 (d) 단계에 의해 상기 회전자의 회전 속도가 줄어들 때에 다시 (a) 및 (b) 단계를 수행하여 상기 회전자가 미리 정해진 정렬 위치에 정렬되도록 하는 모터 회전자 제어 방법.
  6. 삭제
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 (a) 단계에서 상기 인버터는, 상기 정렬 벡터에 대해 상기 회전자를 정렬시키기 위해 상기 회전자가 특정 방향으로 회전하도록 상기 모터에 정렬 전류를 인가하는, 모터 회전자 제어 방법.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 (c) 단계에서 상기 인버터는, 상기 제로(0) 벡터에 대해 상기 회전자의 회전을 저지하기 위해 상기 회전자가 어떤 방향으로도 회전하지 않도록 상기 모터에 전류를 인가하지 않는 것으로 수행하는, 모터 회전자 제어 방법.
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 (c) 단계에서 상기 제어부는, 상기 인버터의 상단에 있는 3상 스위치를 모두 온(ON)시키거나, 상기 인버터의 하단에 있는 3상 스위치를 모두 온(ON)시켜 상기 제로(0) 벡터가 상기 모터에 인가되도록 제어하는, 모터 회전자 제어 방법.
  10. 제 5 항에 있어서,
    상기 (a) 단계 내지 상기 (d) 단계를 다시 반복하여 상기 회전자가 미리 정해진 정렬 위치에 정렬되도록 하는 정렬 과정 이후에,
    상기 회전자가 정렬된 상기 모터에 회전 자계를 생성하여 상기 모터를 강제로 구동시키는 강제구동 과정, 및
    강제로 구동된 상기 모터에서 역기전력이 발생하면 역기전력을 이용해 상기 회전자의 위치 정보를 획득하여 센서리스로 상기 모터를 제어하는 센서리스 제어 과정을 수행하는, 모터 회전자 제어 방법.
  11. 청구항1 내지 청구항3 중 어느 한 항으로 구성된 모터 회전자 제어 장치; 및
    상기 모터 회전자의 회전축에 연결된 팬(fan);
    을 포함하는 열교환기 냉각용 쿨링 팬.
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