KR19980026272A - 센서리스형 bldc 모터의 구동제어장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 센서리스형 BLDC모터의 구동제어장치 및 방법에 관한 것으로, 3상 권선을 갖는 센서리스형 BLDC모터(100)와, 상기 모터(100)의 각 상에 인가되는 전압을 스위칭하도록 다수개의 스위칭소자(Q1-Q6)를 구비한 인버터스위칭부(110)와, 상기 스위칭소자(Q1-Q6)의 구동을 제어하는 스위칭구동부(120)와, 상기 BLDC모터(100)의 회전자의 회전위치와 회전속도를 검출하는 회전자 위치검출부(150)와, 상기 회전자위치검출부(150)에 의한 검출결과를 입력받아 외력에 의한 BLDC모터의 역회전을 판단하고, 모터가 역회전되면 모터의 회전속도를 소정 기준속도와 비교하여 모터의 역회전속도가 기준속도이상이면 상기 스위칭소자(Q1-Q6)를 제어하여 상기 모터를 역회전시키고, 모터의 역회전속도가 기준속도이하이면 모터의 구동을 정지시키도록 상기 스위칭구동부(120)에 소정 제어신호를 출력하는 제어부(130)를 구비한 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 센서리스형 BLDC모터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 외력에 의한 모터의 역회전을 감지하여 역회전시의 회전속도에 따라 모터의 구동을 정역으로 제어할 수 있도록 된 센서리스형 BLDC모터의 구동제어장치 및 방법에 관한 것이다.
브러시리스(BRUSHLESS) DC모터는 별칭 무 정류자 모터(commutatorless motor)라고도 하며, 통상 DC모터에 중요한 부품인 브러시와 정류자 대신에 트랜지스터나 MOSFET을 이용한 전자회로에 의해 스위칭하여 구동하는 모터이다. 전류의 스위칭이라는 것은 DC전원으로부터 공급된 전류를 3상 또는 4상의 권선에 분배하는 것이지만 이를 위해서는 로터의 위치를 검출해서 검출정보에 기초하여 트랜지스터를 온(ON)하거나 오프(OFF)하는 것을 판단하고 실행시킬 필요가 있다.
이러한 브러시리스 DC 모터에서 기동초기에 로터(회전자)의 위치를 검출하기 위하여 도 1과 같이 고정자 권선(20)의 사이 사이에 홀센서(10-12)를 이용하여 회전자(30)의 위치를 검지하고, 이 검지결과에 의거하여 고정자 권선(20)에 적절한 전압을 인가하여 모터가 회전가능하도록 하였다. 이때 도1에서 홀센서 Us(10)에 S극, Vs(11)에 S극, Ws(12)에 N극이 검지된 상태에서 회전자(30)를 시계방향으로 회전시키고자 하면 V상에 (+), W상에 (-)를 인가하면 V상에서는 같은 N극으로 반발력이 발생하고, W상에서는 S극이 되어 흡인력이 발생하므로 회전자(30)는 시계방향으로 회전한다. 만약 반시계방향으로 회전시키고자 하면 W상에 (+), V상에 (-)를 인가하면 된다. 그 다음 회전자(30)가 회전하게 되면 홀센서 Us,Vs,Ws에서는 회전자의 회전 위치에 따라 자극이 검출된다. 이를 토대로 회전자(30)가 적정 위치 회전하면 권선의 상변환을 하여 연속회전하게 된다.
이러한 센서내장형 브러시리스 모터는 모터의 제작상 문제 및 센서 내장이 불가한 경우에는 그 적용이 불가능하므로 최근에는 센서가 없는 센서리스형 브러시리스모터를 적용하게 된다. 그러나, 센서리스형 브러시리스 모터는 초기 기동시 회전자의 위치검출이 불가능하여 강제 기동을 행한 후 유기기전력을 검지하여 회전자의 위치를 검지하게 된다. 그러나, 이때 외력에 의하여 모터가 역회전하고 있는 경우에는 강제기동이 원활히 수행되지 못하므로 모터의 정상적인 운전이 불가능한 문제점이 있었다.
따라서 ,본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 그 목적은 센서리스형 브러시리스모터에 있어서 모터의 역회전시에도 모터의 회전자위치검출에 의한 정상운전이 가능하도록 된 센서리스형 BLDC모터의 구동제어장치 및 방법을 제공하고자 하는 것이다.
도 1은 종래 BLDC모터의 구성을 보인 개략 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 센서리스형 BLDC모터의 구동제어장치의 구성블럭도이다.
도 3은 본 발명에 따른 센서리스형 BLDC모터의 각 상의 유기전압 및 회전자위치검출신호를 보인 파형도이다.
도 4는 모터의 회전속도와 유기전압과의 관계를 보인 도이다.
도 5는 모터의 정회전시의 각상 단자전압 및 구동신호의 파형도이다.
도 6은 모터의 역회전시의 각상 단자전압 및 제동신호의 파형도이다.
도 7은 모터의 역회전시의 각상 단자전압 및 구동신호의 파형도이다.
도 8은 본 발명에 따른 센서리스형 BLDC모터의 구동제어방법을 보인 플로우차트이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
100...BLDC모터, 110...인버터스위칭부,
120...스위칭구동부, 130...제어부
140...과부하감지부, 150...회전자위치검출부.
이러한 목적을 실현하기 위하여 본 발명에 따른 센서리스형 BLDC모터의 구동제어장치는 3상 권선을 갖는 센서리스형 BLDC모터와, 상기 모터의 각 상에 인가되는 전압을 스위칭하도록 다수개의 스위칭소자를 구비한 인버터스위칭부와, 상기 스위칭소자의 구동을 제어하는 스위칭구동부와, 상기 BLDC모터의 회전자의 회전위치와 회전속도를 검출하는 회전자 위치검출부와, 상기 회전자위치검출부에 의한 검출결과를 입력받아 외력에 의한 BLDC모터의 역회전을 판단하고, 모터가 역회전되면 모터의 회전속도를 소정 기준속도와 비교하여 모터의 역회전속도가 기준속도이상이면 상기 스위칭소자를 제어하여 상기 모터를 역회전시키고, 모터의 역회전속도가 기준속도이하이면 모터의 구동을 정지시키도록 상기 스위칭구동부에 소정 제어신호를 출력하는 제어부를 구비한다.
또한, 본 발명에 따른 센서리스형 BLDC모터의 구동제어방법은 회전자의 위치를 검출하여 고정자 권선의 각 상에 인가되는 전압을 제어하여 모터의 운전을 제어하도록 된 센서리스형 BLDC모터의 구동제어방법에 있어서, 모터의 회전자 위치를 검출하는 단계, 상기 검출결과에 따라 모터의 역회전여부를 판단하는 단계, 상기 판단결과 모터의 역회전이 판단되면, 모터 역회전시의 회전속도를 검출하여 소정의 기준속도와 비교하는 단계, 상기 비교결과 모터의 역회전시의 회전속도가 소정 기준속도이상이면 모터를 역방향으로 구동시키도록 상기 고정자 권선의 각 상에 구동신호를 인가하는 단계, 상기 비교결과 모터의 역회전시의 회전속도가 소정 기준속도이하이면 모터의 구동을 정지시키도록 상기 고정자 권선의 각 상에 제동신호를 인가하는 단계, 모터의 회전자의 구동이 정지되면, 회전자가 정회전하도록 상기 고정자 권선에 소정 구동신호를 인가하는 단계를 구비한 것을 특징으로 한다.
이하에는 본 발명의 양호한 실시예에 따른 구성 및 작용효과를 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 센서리스형 브러시리스 DC모터의 운전제어장치의 개략적인 구성을 보인 도면이다. 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명은 3상 권선을 갖는 BLDC모터(100)와, 상기 모터(100)의 각 상에 인가되는 전압을 스위칭하도록 다수개의 스위칭소자(Q1-Q6)를 구비한 인버터스위칭부(110)와, 상기 스위칭소자(Q1-Q6)의 구동을 제어하는 스위칭구동부(120)와, 모터(100)의 과부하를 감지하는 과부하감지부(140)와, 모터 회전자의 회전위치와 회전속도등의 정보를 얻기 위한 회전자 위치검출부(150)와, 모터의 구동을 총괄적으로 제어하는 제어부(130)를 구비한다.
상기 인버터스위칭부(110)는 6개의 트랜지스터(Q1-Q6)와 6개의 다이오드(D1-D6)로 구성되며, 상기 회전자 위치검출부(150)는 모터의 각상에 유기되는 전압을 분압하는 분압저항(R2-R7)과, 상기 분압된 각상의 유기전압과 중성점에서의 전압을 비교하는 비교기(CP1-CP4)와, 상기 비교기(CP1-CP4)의 비교결과를 제어부(130)의 각 입력단자(I1-I4)에 입력시키는 포토커플러(PH1-PH4)로 마련된다.
이하에는 이러한 구성을 갖는 본 발명에 따른 센서리스형 BLDC모터의 동작을 상세하게 설명하겠다.
먼저, 센서리스형 BLDC모터의 동작을 설명하면, 모터가 회전하게 되면 도 3에 도시한 바와 같이 각 상에 교류전압이 유기되고 그 크기는 도 4에 도시한 바와 같이 모터의 회전속도에 비례하여 나타나며, 실제로 저속운전의 경우에는 유기전압의 크기는 매우 미약하다. 이때 각 권선의 유기전압을 회전자 위치검출부(150)에 의하여 검출하게 되면 그 신호는 도 2의 각 비교기(CP1-CP4)의 출력파형과 같은 구형파신호가 출력되게 된다. 이때 제어부(130)에서는 비교기(CP1-CP4)의 비교결과에 따른 구형파신호를 입력받아 그에 따라 현재 회전자의 위치를 검출하게 된다. 이렇게 회전자의 위치가 검출되게 되면 제어부(130)에서는 인버터스위칭부(110)를 제어하여 각 상에 공급되는 전류를 제어하게 된다. 이는 도 5에 도시한 바와 같이, 6개의 트랜지스터(Q1-Q6)를 구동시켜 3상 권선중 항시 2상의 권선에는 전류가 공급되도록 하고 나머지 1상에는 전류가 공급되지 않도록 한다.
한편, 이러한 BLDC모터의 구동제어에 있어 도 5에서 보는 바와 같이 트랜지스터 Q2,Q4,Q6의 구동은 펄스폭 가변(PWM)을 하여 모터의 각 권선에 인가되는 전압의 크기를 제어한다. 이때 각 상에는 인가전압과 동상의 유기전압이 발생하며 본 유기전압을 검출하여 상절환을 행한다. 즉, 도 5에서 유기전압의 극변환부(1-6)가 검출되면 이로 부터 전기각 30°지연후 권선의 상절환을 행한다. 또한 외력에 의한 모터의 역회전시 도 6에서 보는 바와 같이 V상과 W상의 순서가 뒤바뀐 상태의 유기전압이 검출되며, 이때 제어부에서는 회전자위치검출부를 통해 검출되는 모터의 역회전 및 역회전속도에 관한 신호를 입력받아 모터의 역회전속도가 기설정된 소정 기준속도이하이면 도 6에 도시한 바와 같이, 모터의 구동을 정지시킨 뒤 모터를 정회전시키기 위하여 모터의 각 상의 유기전압과 위상이 180°바뀐 전압을 각 트랜지스터(Q1-Q6)에 인가하게 된다.
반면, 상기 모터의 역회전속도가 기설정된 소정 기준속도이상이면 도 7에 도시한 바와 같이 모터의 각 상에 유기된 전압과 동위상의 전압을 각 트랜지스터(Q1-Q6)에 인가하여 모터를 역회전시킨다.
도 8은 본 발명에 따른 센서리스형 BLDC 모터의 구동제어방법을 보인 플로우차트이다. 이에 도시한 바와 같이 본 발명에 따른 BLDC모터의 구동제어방법은 먼저, 모터가 정지된 상태의 운전초기에는 모터 운전개시명령이 입력됨과 동시에 회전자 검출부의 검출결과에 따라 모터의 회전자 위치를 판단하게 된다(단계10 및 단계 12). 이때 외력(일예로 공기조화기 실외기의 경우에는 바람)에 의해 모터가 역회전하게 되면 모터의 회전속도를 검출하여 강한 역풍에 의한 회전인가를 판단하기 위하여 기설정된 소정 기준속도와 비교하여 외력의 크기를 판단한다.
이때 강한 역풍에 의하여 모터가 역회전되는 경우에는 무리하게 모터의 구동을 정지시킨 뒤 정회전시키면 모터에 무리가 가해져 오히려 모터의 수명단축등의 문제가 야기되게 된다(단계S14). 따라서, 도 7에서 보는 바와 같이 각 상에서 유기되는 전압과 동일한 위상을 갖는 전압을 각 상에 인가하도록 각 트랜지스터(Q1-Q6)의 스위치을 제어하여 모터를 역회전구동시킨다(단계 S16 및 단계S18).
그러나, 모터의 역회전속도가 소정 기준속도이하인 것으로 판단되면(단계S20) 도 6에서 보는 바와 같이 유기전압과 반대의 위상을 갖는 전압을 각 상에 인가하도록 각 트랜지스터(Q1-Q6)의 스위칭을 제어하여 모터를 제동시키게 된다(단계 S22). 이때 모터(100)는 트랜지스터(Q1-Q6)에 의한 반대 위상의 전압이 유기됨에 따라 점차로 속도가 저하되게 되므로 모터의 정상기동을 위하여 회전자를 초기위치 예를 들면 도 1의 경우에서와 같이 U상에는 (+), V상에는 (-)의 위치로 고정하게 된다(단계 S24). 적정시간 회전자를 고정시킨 후 도 5와 같은 정회전 방향으로 서서히 강제기동시켜 점차로 모터의 구동속도를 증가시킨다(단계 S26 및 단계S28).
이때 회전자 위치검출부(150)에서 회전상태에 일치한 검출신호가 입력되면, 제어부(130)는 상기 회전자 위치검출부(150)의 검출결과에 의하여 각 상의 절환동작을 수행하게 된다(단계 S30). 이때부터는 모터를 적정 목표속도로 구동시켜 정상운전을 수행한다(단계 S32).
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 센서리스형 BLDC모터의 구동제어장치 및 방법에 의하여 초기기동시 회전자의 위치를 검출하기 위하여 센서를 사용하지 않아 모터의 제작공정을 단순화시킬 수 있으며, 외력에 의해 모터의 역회전이 발생될 수 있는 공기조화기 실외팬모터와 같은 경우에서 외력에 의한 역회전시에 이를 감지하고 역회전속도에 따라 모터를 정역회전시킴으로써 모터의 고효율화를 이룰 수 있는 효과가 있다.
Claims (3)
- 3상 권선을 갖는 센서리스형 BLDC모터(100)와,상기 모터(100)의 각 상에 인가되는 전압을 스위칭하도록 다수개의 스위칭소자(Q1-Q6)를 구비한 인버터스위칭부(110)와,상기 스위칭소자(Q1-Q6)의 구동을 제어하는 스위칭구동부(120)와,상기 BLDC모터(100)의 회전자의 회전위치와 회전속도를 검출하는 회전자 위치검출부(150)와,상기 회전자위치검출부(150)에 의한 검출결과를 입력받아 외력에 의한 BLDC모터의 역회전을 판단하고, 모터가 역회전되면 모터의 회전속도를 소정 기준속도와 비교하여 모터의 역회전속도가 기준속도이상이면 상기 스위칭소자(Q1-Q6)를 제어하여 상기 모터를 역회전시키고, 모터의 역회전속도가 기준속도이하이면 모터의 구동을 정지시키도록 상기 스위칭구동부(120)에 소정 제어신호를 출력하는 제어부(130)를 구비한 것을 특징으로 하는 센서리스형 BLDC모터의 구동제어장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 회전자위치검출부(150)는 BLDC 모터의 각상에 유기되는 전압을 분압하는 분압저항(R2-R7)과, 상기 분압된 각상의 유기전압과 중성점에서의 전압을 비교하는 비교기(CP1-CP4)와, 상기 비교기(CP1-CP4)의 비교결과를 상기 제어부(130)의 각 입력단자(I1-I4)에 입력시키는 포토커플러(PH1-PH4)로 마련된 것을 특징으로 하는 센서리스형 BLDC모터의 구동제어장치.
- 회전자의 위치를 검출하여 고정자 권선의 각 상에 인가되는 전압을 제어함으로써 모터의 운전을 제어하도록 된 센서리스형 BLDC모터의 구동제어방법에 있어서,모터의 회전자 위치를 검출하는 단계, 상기 검출결과에 따라 모터의 역회전여부를 판단하는 단계, 상기 판단결과 모터의 역회전이 판단되면, 모터 역회전시의 회전속도를 검출하여 소정의 기준속도와 비교하는 단계, 상기 비교결과 모터의 역회전시의 회전속도가 소정 기준속도이상이면 모터를 역방향으로 구동시키도록 상기 고정자 권선의 각 상에 구동신호를 인가하는 단계, 상기 비교결과 모터의 역회전시의 회전속도가 소정 기준속도이하이면 모터의 구동을 정지시키도록 상기 고정자 권선의 각 상에 제동신호를 인가하는 단계, 모터의 회전자의 구동이 정지되면, 회전자가 정회전하도록 상기 고정자 권선에 소정 구동신호를 인가하는 단계를 구비한 것을 특징으로 하는 센서리스형 BLDC모터의 구동제어방법.
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Publications (1)
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|---|---|
| KR19980026272A true KR19980026272A (ko) | 1998-07-15 |
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| KR1019960044645A Ceased KR19980026272A (ko) | 1996-10-08 | 1996-10-08 | 센서리스형 bldc 모터의 구동제어장치 및 방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR19980026272A (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101402894B1 (ko) * | 2013-02-15 | 2014-06-03 | 주식회사 자이벡 | 역상 제동시 권선형 유도 전동기의 제어 장치 및 방법 |
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1996
- 1996-10-08 KR KR1019960044645A patent/KR19980026272A/ko not_active Ceased
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101402894B1 (ko) * | 2013-02-15 | 2014-06-03 | 주식회사 자이벡 | 역상 제동시 권선형 유도 전동기의 제어 장치 및 방법 |
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