KR19990073783A - 센서리스 비엘디씨(bldc)모터의 초기위치 설정방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 센서리스 BLDC 모터의 구동방법에 관한 것으로, 특히 모터 회전자의 초기위치를 설정하는 방법에 관한 것이다. 본 발명에 의한 모터 회전자의 초기 위치를 설정하는 방법은 모터를 구동시키는 PWM의 듀티비와 전압레벨을 설정하는 단계와, 전원의 전압레벨을 감지하는 단계와, PWM의 전압레벨을 전원의 전압레벨로 나누어 전압비를 구하는 단계와, 전압비를 PWM의 듀티비에 곱하여 PWM의 듀티비를 보정하는 단계 그리고, 보정된 듀티비와 전원의 전압레벨을 갖는 PWM파형을 모터 고정자의 각 상에 인가하는 단계를 포함하여 이루어진 것이 특징이다.

Description

센서리스 비엘디씨(ＢＬＤＣ)모터의 초기위치 설정방법

본 발명은 센서리스 BLDC 모터의 구동방법에 관한 것으로, 특히 회전자의 초기위치를 설정하는 방법에 관한 것이다.

BLDC모터와 그 구동회로의 개략적인 구조는 도 1에 나타낸 것과 같다.

전원부(20)는 SMPS(Switching Mode Power Supply) 등으로 구성되어 상용전원인 교류전압을 직류전압으로 변환시킨다. 스위칭소자구동부(40)는 전원부(20)에서 변환된 직류전압을 인가받아 스위칭제어신호를 발생시킨다. 스위칭소자(50)는 스위칭제어신호에 따라 전원부(20)에서 인가받는 직류전압을 3상전압으로 변환시켜 모터(10)에 인가한다. 이 3상전압에 의해 모터(10)의 권선(도면미도시)은 자기장을 발생시켜 모터의 회전자(도면미도시)가 회전하게 된다. 모터의 회전자가 회전함으로써 압축기(도면미도시)가 구동된다.

모터 회전자의 회전에 따라 권선에는 역기전력이 출력되는데, 역기전력 검지부(80)는 이러한 역기전력을 검출하여 마이콤(60)으로 인가한다. 이 역기전력의 검출에 따라 마이콤(60)은 모터가 정확하게 동작되도록 스위칭소자구동부(40)를 제어한다. 또, 마이콤(60)은 스위칭소자(50)로부터 전류를 검지하는 과전류검지부(70)로부터 모터에 인가되는 전류값을 인가받고, 전원부(20)의 전압을 검지하는 전압검지부(30)로부터 마이콤에 인가되는 전압을 검지하여 지나치게 높은 전압 혹은, 전류가 모터에 인가되면, 전원부의 전원을 차단시킴으로써, 모터의 안정적인 동작을 도모한다.

센서리스 BLDC모터의 구동에서 회전자의 위치는 역기전력 검지부(80)에서 검출된 역기전력을 이용하여 검출한다. 이 역기전력은 회전자의 회전속도에 관련있는 함수로서, 정지 또는, 저속회전 시의 역기전력을 역기전력 검지부(80)가 검출하는 것은 불가능하다. 따라서, 일반적인 센서리스 BLDC모터의 구동회로는 역기전력 검지부가 역기전력을 안정적으로 검지할 수 있는 수준의 속도에 이르기까지 모터를 임의로 회전시킨다. 이 때, 모터의 최초 기동시점의 회전자의 위치가 파악되어야 모터의 정상적인 구동이 이루어진다.

초기위치로 회전자를 이동시키기 위한 종래의 방법을 첨부된 도면, 도 2를 참조로 하여 설명하면 다음과 같다. 도 2는 일반적인 BLDC 모터의 고정자(11)와 영구자석(13) 그리고, 회전자(12)를 도시한 단면도이다. 회전자에는 위치검출의 기준점(P)이 설정되어 있다.

모터가 정지한 상태에서 회전자의 기준점(P)은 파악되지 않는다. 다만, A상 권선과 B상 권선 및 C상 권선에 소정의 전압을 인가하면, 각 권선에 발생하는 전기장에 의해 회전자가 소정의 각도로 회전하므로, 기준점(P)이 일정한 위치에 위치하게 된다.

먼저 A상에 정전압(+)를 인가하고 B상에 부전압(-)를 인가하면, 회전자의 기준점(P)은 어떤 위치에서 정지해 있었든지 상관없이 제1위치(② 또는 ②') 근방으로 이동하여 위치한다. 그리고, A상에 정전압을 유지한 상태에서 C상에 부전압을 인가하면, 기준점은 제2위치(③ 또는 ③')의 근처에 위치한다. 그 후, C상에 부전압을 유지한 상태에서 B상에 정전압을 인가하면, 기준점은 제3위치(④ 또는 ④')의 부근으로 위치한다. 계속해서 B상에 정전압을 유지한 상태에서 이번에는 A상에 부전압을 인가하면, 기준점은 제4위치(⑤ 또는 ⑤')의 근방에 위치한다. 또, A상에 부전압을 유지한 상태에서 C상에 정전압을 인가하면, 기준점은 제5위치(⑥ 또는 ⑥')의 근처에 위치한다. 마지막으로 C상에 정전압을 유지한 상태에서 B상에 부전압을 인가하면, 기준점은 제6위치(① 또는 ①')에 위치하게 된다.

이 때, 회전자는 정지상태에서 3상전압에 의해 이동하는 최초 이동동작 시, 최대 180°까지 회전하고, 그 다음 이동동작 시에는 30°내외에서 약간의 오차를 가지고 회전한다. 이러한 이동동작을 여러 번 반복함으로써 그 오차가 점점 줄어들어 결국 3상전압에 의해 회전자가 정확한 초기위치에 위치하게 된다. 이 때, kvlta자의 각 상에 인가되는 전압은 도 3에 나타낸 것과 같이 일정한 듀티비(T'/T)를 갖는 펄스폭변조(이하 PWM:Pulse Width Modulation) 전압이다.

그리고, PWM 전압의 전압레벨, 즉 정격전압은 도 4에 나타낸 것과 같이 모터에 인가되는 전류(I)와 적정값(I')과의 교차점에 해당하는 전원전압의 레벨(V)로 결정하여 모터의 구동회로를 설계한다.

그런데, 모터의 각 상에 PWM전압을 인가하는 도중에 전원전압이 상승하면, PWM전압의 평균전압이 지나치게 높아져 회전자 혹은, 모터의 구동회로가 손상될 수 있다. 그리고, 전원전압이 하강하여 PWM전압의 평균전압이 지나치게 낮아지면, 회전자의 구동력이 약화되어 회전자가 초기위치로 이동할 수 없는 경우도 발생될 수 있다.

바로 이런 경우를 방지하기 위해 종래의 초기위치 설정방법은 상술한 것과 같은 고정자의 3상에 전압을 인가하는 동작을 여러 번 반복한다. 즉, 이동동작을 여러 번 반복하여 모터의 회전자가 초기위치로 이동할 때 발생되는 오차를 줄이는 것이다.

그런데, 회전자를 초기위치로 이동시키는 종래의 방법은 일정한 듀티비를 갖는 PWM전압을 고정자의 각 상에 인가함으로 인해 다음과 같은 문제점이 있다.

먼저 모터의 각 상에 인가되는 PWM전압의 듀티비가 일정하므로, 전압의 레벨변화에 의한 회전자의 회전동작의 오차를 줄이기 위해 회전자의 이동동작은 여러 번 반복된다. 그에 따라 모터 회전자의 초기위치 설정시간이 오래 걸리므로, 모터가 정상적으로 구동되는 데에 걸리는 시간이 길다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 전원전압에 관계없이 모터의 구동력을 일정화시켜 회전자를 빠르고 정확하게 초기위치로 이동시키는 데에 그 목적이 있다.

도 1은 BLDC 모터의 개략적인 구조를 도시한 블록도.

도 2는 일반적인 BLDC 모터의 고정자와 영구자석 그리고, 회전자를 도시한 단면도

도 3은 모터의 각 상에 인가되는 PWM전압의 파형을 도시한 파형도.

도 4는 정격전압과 PWM전압의 듀티비를 결정하는 전원전압과 모터인가전류를 도시한 그래프.

도 5는 전원전압의 변동에 따라 모터에 인가되는 전류가 일정하게 유지되는 PWM의 듀티비와 모터인가전류를 도시한 그래프.

도 6은 본 발명에 의해 듀티비가 변동되어 평균전압이 일정하게 유지되는 PWM전압을 도시한 파형도.

도 7은 본 발명의 동작과정을 도시한 흐름도.

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

V : 전원전압 V'' : 하강된 전원전압

I : 모터인가전류 I' : 모터인가전류의 적정값

T'/T : PWM의 듀티비 T''/T : 변동된 PWM의 듀티비

본 발명은 전원전압의 레벨에 따라 PWM의 듀티비를 조절하여 모터의 구동력을 일정화시키는 것이 특징이다. 본 발명을 통한 BLDC 모터 회전자의 초기위치 설정방법은 모터를 구동시키는 PWM의 듀티비와 전압레벨을 설정하는 단계와, 전원의 전압레벨을 감지하는 단계(S1)와, PWM의 전압레벨을 전원의 전압레벨로 나누어 전압비를 구하는 단계와(S2), 그 전압비를 PWM의 듀티비에 곱하여 PWM의 듀티비를 보정하는 단계(S3) 그리고, 이 보정된 듀티비를 갖는 PWM파형을 모터 고정자의 각 상에 인가하는 단계를 포함하여 이루어져 있다. 이러한 본 발명의 동작과정은 도 7의 흐름도에 도시되어 있다.

이하 본 발명의 동작원리를 첨부된 도면, 도 5와 도 6을 참조로 하여 설명하도록 한다.

먼저 도 5에 나타낸 그래프와 같이 전원전압의 변동에 따라 모터에 인가되는 전류가 일정하게 유지되는 PWM의 듀티비와 전압레벨을 설정한다. 이 때, 모터에 인가되는 전류(I)는 모터의 인가전류의 적정값(I')으로 설정된다. 그리고, 현재 모터에 연결된 전원전압의 레벨을 감지하여 기설정된 PWM의 전압레벨로 나누어 전압비를 구한다. 이 전압비를 기설정된 PWM의 듀티비에 곱하여 도 6에 나타낸 것과 같이 PWM의 듀티비를 보정한다. 본 발명은 이 보정된 듀티비(T''/T)를 갖는 PWM전압을 모터 고정자의 각 상에 인가하여 모터 회전자의 기준점을 초기 위치로 이동시킨다.

본 발명의 초기위치 설정방법은 모터 고정자의 각 상에 인가되는 가변듀티비를 갖는 PWM전압을 인가하여 모터 회전자의 기준점을 초기위치로 이동시킨다. 모터 고정자의 각 상에 PWM파형을 인가하는 방법은 다음과 같다.

먼저 A상에 정전압을 인가하고, B상에 부전압을 인가한다. 그리고, A상에 정전압을 유지한 상태에서 C상에 부전압을 인가한다. 그 후, C상에 부전압을 유지한 상태에서 B상에 정전압을 인가한다. 이어서, B상에 정전압을 유지한 상태에서 A상에 부전압을 인가한다. 그 다음에 A상에 부전압을 유지한 상태에서 C상에 정전압을 인가한다. 마지막으로 C상에 정전압이 유지된 상태에서 B상에 부전압을 인가한다.

또, 상술한 것과 같이 PWM파형을 인가하는 방법 외에 다음과 같이 PWM파형을 인가하는 방법도 있다.

먼저, A상에 정전압을 인가하고 B상에 부전압을 인가하며 C상에 정전압을 인가한다. 그 후, 상기 A, B, C 상 모두를 오프(off)시키고, A상에 정전압을 인가하고 B상에 부전압을 인가하며 C상에 부전압을 인가한다. 이어서, A, B, C 상 모두를 오프시킨 후, A상에 정전압을 인가하고 B상에 정전압을 인가하며 C상에 부전압을 인가한다. 이어서, A, B, C 상 모두를 오프시킨 후, A상에 부전압을 인가하고 B상에 정전압을 인가하며 C상에 부전압을 인가한다. 그 후, A, B, C 상 모두를 오프시키고, 이어서 A상에 부전압을 인가하고 B상에 정전압을 인가하며 C상에 정전압을 인가한다. 마지막으로, A, B, C 상 모두를 오프시킨 후, A상에 부전압을 인가하고 B상에 부전압을 인가하며 C상에 정전압을 인가한다.

그에 따른 회전자의 기준점 위치는 도 2를 통해 상술했던 종래의 회전자의 기준점 위치와 동일하거나 거의 같다. 다만, 본 발명은 상술한 회전자 기준점의 이동동작을 한번만 실시하면 된다. 그 이유는 종래의 방법은 전원전압의 변동에 따라 모터에 인가되는 전류가 영향을 받았으나, 본 발명은 전원전압의 변동에 따른 모터인가전류의 요동이 거의 없기 때문이다.

즉, 도 6에 나타낸 것과 같이 본 발명은 전원전압이 하강(V')했을 때, PWM전압의 펄스폭을 넓혀 PWM의 평균전압값을 일정하게 유지시키는 것이다. 그에 따라, 모터 회전자의 회전력이 일정하게 유지되어 회전자의 이동동작에 오차가 거의 발생하지 않는다.

본 발명은 종래의 기술에 비해 모터에 인가되는 전류의 요동이 거의 없어 회전자를 초기 위치로 이동시키는 것이 용이하다는 장점이 있다. 그 이유는 본 발명이 전원전압의 변동에 따라 모터에 인가되는 PWM전압의 듀티비를 변화시킴으로써 PWM전압의 평균전압값이 일정하게 유지되기 때문이다. 따라서, 본 발명은 종래의 기술에 비해 모터 회전자의 초기위치 설정이 용이하고 설정시간이 절약되어 모터의 효율적인 구동이 가능하다는 효과가 있다.

Claims (3)

1. BLDC 모터의 회전자를 초기위치에 위치시키는 회전자 초기위치 설정방법에 있어서,

   모터를 구동시키는 PWM의 듀티비와 전압레벨을 설정하는 단계;

   전원의 전압레벨을 감지하는 단계;

   상기 PWM의 전압레벨을 상기 전원의 전압레벨로 나누어 전압비를 구하는 단계;

   상기 전압비를 상기 PWM의 듀티비에 곱하여 PWM의 듀티비를 보정하는 단계; 그리고,

   상기 보정된 듀티비와 상기 전원의 전압레벨을 갖는 PWM파형을 모터 고정자의 각 상에 인가하는 단계를 포함하여 이루어진 BLDC 모터 회전자의 초기위치 설정방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 PWM파형을 모터 고정자의 각 상에 인가하는 단계는 A상에 정전압(+)를 인가하고 B상에 부전압을 인가하는 단계;

   A상에 정전압을 인가하고 C상에 부전압을 인가하는 단계;

   B상에 정전압을 인가하고 C상에 부전압을 인가하는 단계;

   B상에 정전압을 인가하고 A상에 부전압을 인가하는 단계;

   C상에 정전압을 인가하고 A상에 부전압을 인가하는 단계; 그리고,

   C상에 정전압을 인가하고 B상에 부전압을 인가하는 단계가 포함된 것을 특징으로 하는 모터 회전자의 초기위치 설정방법.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 PWM파형을 모터 고정자의 각 상에 인가하는 단계는 A상에 정전압을 인가하고 B상에 부전압을 인가하며 C상에 정전압을 인가하는 단계;

   그 후, 상기 A, B, C 상 모두를 오프(off)시키는 단계;

   그 후, A상에 정전압을 인가하고 B상에 부전압을 인가하며 C상에 부전압을 인가하는 단계;

   그 후, A, B, C 상 모두를 오프시키는 단계;

   그 후, A상에 정전압을 인가하고 B상에 정전압을 인가하며 C상에 부전압을 인가하는 단계;

   그 후, A, B, C 상 모두를 오프시키는 단계;

   그 후, A상에 부전압을 인가하고 B상에 정전압을 인가하며 C상에 부전압을 인가하는 단계;

   그 후, A, B, C 상 모두를 오프시키는 단계;

   그 후, A상에 부전압을 인가하고 B상에 정전압을 인가하며 C상에 정전압을 인가하는 단계;

   그 후, A, B, C 상 모두를 오프시키는 단계; 그리고,

   그 후, A상에 부전압을 인가하고 B상에 부전압을 인가하며 C상에 정전압을 인가하는 단계가 포함된 것을 특징으로 하는 모터 회전자의 초기위치 설정방법.