KR19990081161A

KR19990081161A - 모터의 구동방법

Info

Publication number: KR19990081161A
Application number: KR1019980014952A
Authority: KR
Inventors: 양순배
Original assignee: 구자홍; 엘지전자 주식회사
Priority date: 1998-04-27
Filing date: 1998-04-27
Publication date: 1999-11-15

Abstract

본 발명은 BLDC 모터의 구동방법에 관한 것으로, 특히 모터의 역회전이나 비정상적인 구동에 의한 모터의 손상을 방지할 수 있는 특징이 있다. 이러한 특징을 갖는 본 발명은 모터에 인가되는 PWM전압의 적정듀티비와 그에 따른 모터의 적정한 회전수인 목표회전수를 설정하는 단계와, 모터에 소정의 듀티비를 가진 PWM전압을 인가하여 모터를 회전시키는 단계와, 모터의 회전속도를 검출하는 단계와, 모터에 인가되는 PWM전압의 듀티비를 상기 적정듀티비와 비교하는 단계와, 모터에 인가되는 PWM전압의 듀티비가 적정듀티비에 도달할 때까지 증가시켜 모터의 회전속도를 높이는 단계와, 모터에 적정듀티비의 PWM전압이 인가되었을 때, 모터의 실제 회전속도와 상기 목표회전속도를 비교하는 단계 그리고, 모터의 실제 회전속도가 목표회전속도에 이르렀을 때에는 모터를 지속적으로 구동시키고, 이르지 못했을 때에는 모터를 정지시키는 단계가 포함되어 있다.

Description

모터의 구동방법

본 발명은 압축기에 설치된 BLDC 모터에 관한 것으로, 특히 모터의 구동방법에 관한 것이다.

일반적인 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.

모터에 인가되는 전압은 PWM(Pulse Width Modulation)파형으로서, 그 듀티비(Duty)가 크면 모터의 구동력이 강해지고, 듀티비가 작으면 모터의 구동력이 약해진다. 모터 구동회로는 이 PWM의 듀티비를 조절함으로써, 모터의 회전속도를 조절한다.

스위치소자(50)는 도 2에 나타낸 것과 같이 각각 3개씩 상위(upper)(51)와 하위(lower)(52)으로 구분된 6개의 스위치소자로 구성되고, 스위치의 조합에 의해 전압을 출력하는 3개의 출력단자로 구성되어 있다. 이 3개의 출력단자들에서 출력되는 전압에 의해 모터의 회전자가 회전하도록 구성되어 있다.

인버터의 동작원리를 첨부된 도면, 도 2와 도 3 및 도 4를 참조로 하여 설명하도록 한다. 도 3은 각 스위치에 인가되는 제어신호의 파형을 나타낸 것이고, 도 4a 부터 도 4f는 제어신호에 의해 모터의 회전자(rotor)(13')가 구동되는 것을 도시한 것이다. 인버터는 제1스위치와 제4스위치가 짝지워져 동작하고, 제2스위치와 제5스위치가 짝지워지며, 제3스위치와 제6스위치가 짝지워져 동작한다. 즉, 상위스위치와 하위스위치가 하나씩 짝지워져 동작한다. 이 때, 제1스위치와 제2스위치 및 제3스위치는 상위(upper)스위치이고, 제4스위치와 제5스위치 및 제6스위치는 하위(lower)스위치이다. 상위스위치가 도통되면 모터의 코일에는 하이(high)의 전압이 인가되고, 하위스위치가 도통되면 모터의 코일에는 로(low)의 전압이 인가되며, 둘 다 차단되면 모터의 코일에는 오픈상태(Open Phase)가 된다. 모터의 회전은 다음에 설명되는 스텝 0 내지 스텝 5에 이르는 6단계의 스텝을 반복함으로써 이루어진다.

먼저 스텝 0는 제 1 스위치와 제 6 스위치에 하이(high)의 제어신호가 인가된다. 그러면, 제 1 스위치와 제 6 스위치가 도통(turn on)되어 U코일에 하이(High)의 전압이 인가된다. 이 때, 도 4a에 나타낸 것과 같은 전류가 흐르고 이에 의한 자기력이 발생되어 모터의 회전자가 이 때의 자기력에 의해 발생하는 힘의 방향으로 회전한다.

그리고, 스텝 1은 제 2 스위치와 제 6 스위치에 하이(high)의 제어신호가 인가되어 제 2 스위치와 제 6 스위치가 도통된다. 그러면, U코일에 하이(high)의 전압이 인가되고 W코일에 로(low)의 전압이 인가되어 상술한 과정에 의해 도 4b에 나타낸 것과 같은 전류가 흐르고 이에 의해 자기력이 발생된다. 이러한 자기력은 도 4a와 비교하면 알 수 있듯이 60°의 위상 차이를 가지고 있으므로, 모터의 회전자는새로 발생된 자기력에 의해 움직이므로 결국 60°회전하게 된다.

스텝 2에서는 제 2 스위치와 제 4 스위치가 도통된다. 그러면, V코일에 하이(high)의 전압이 인가되고, U코일에 로(low)의 전압이 인가되어 상술한 과정에 의해 U코일과 V코일에 도 4c에 나타낸 것과 같은 전류가 흘러 이에 의한 자기력이 발생된다. 이 U코일과 V코일의 자기력에 의해 모터의 회전자는 60°회전한다.

스텝 3에서는 제 4 스위치가 도통된 상태를 유지하는 동안, 제 2 스위치는 차단되고, 제 3 스위치가 도통된다. 그러면, U코일에 로(low)의 전압이 인가되고 W코일에 하이(high)의 전압이 인가된다. 이 U코일의 자기력과 V코일의 자기력에 의해 모터의 회전자는 60°회전한다.

스텝 4에서는 제 3 스위치가 도통된 상태를 유지하는 동안, 제 4 스위치는 차단되고, 제 5 스위치가 도통된다. 그러면, W코일에 하이(high)의 전압이 인가되고 V코일에 로(low)의 전압이 인가된다. 이 W코일의 자기력과 V코일의 자기력에 의해 모터의 회전자는 60°회전한다.

스텝 5에서는 제 5 스위치가 도통된 상태를 유지하는 동안, 제 3 스위치는 차단되고, 제 1 스위치가 도통된다. 그러면, V코일에 로(low)의 전압이 인가되고 U코일에 하이(high)의 전압이 인가된다. 이 V코일의 자기력과 U코일의 자기력에 의해 모터의 회전자는 60°회전한다.

상술한 것과 같이 제1스위치부터 제6스위치가 번갈아 도통되었다가 차단되는 과정을 반복함으로써 모터가 동작하는 것이다.

그런데, 종래의 모터구동회로는 모터 회전자의 역회전에 대한 방지책이 잘 되어 있지 않아 모터가 손상되는 우려가 있었다.

그 이유는 종래의 모터를 채용한 압축기의 경우, 모터의 역회전 또는, 기구부의 이상으로 인하여 윤활이 잘 되지 않아서 마찰부하가 커지면, 정상적으로 동작할 때와 같은 전압을 인가해도 모터의 회전주파수가 매우 낮아진다. 그로 인해, 모터구동회로는 모터의 회전수를 계속 높이기 위하여 전류를 높여 인가하고, 그 결과 모터에 인가되는 전류가 지나치게 지속적으로 높아져 결국, 모터가 손상되는 문제가 발생되었다.

종래의 모터구동회로는 모터의 회전 중에, 모터에 인가되는 전류가 지나치게 높으면, 단지 모터에 공급되는 구동전압의 공급을 중단시킴으로써, 모터를 보호했다. 그러나, 지나치게 높은 전류가 모터에 인가되면, 구동전압의 공급을 중단하더라도 모터의 구동회로는 이미 손상되었을 가능성이 매우 높다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 모터의 역회전을 방지하고, 모터가 손상되기 전에 모터의 구동전압을 중단시켜 모터의 손상을 줄이는 데에 그 목적이 있다.

도 1은 일반적인 BLDC모터와 그 구동회로의 개략적인 구조를 도시한 블록도.

도 2는 상기 도 1의 블록도에서 스위치소자를 도시한 회로도.

도 3은 상기 도 2에 도시한 스위치소자의 각 스위치에 인가되는 제어신호의 파형을 나타낸 파형도.

도 4a 부터 도 4f는 제어신호에 의해 모터의 전기자의 전류를 도시한 도면.

도 5는 본 발명을 채용한 BLDC 모터의 구동회로를 개략적으로 도시한 블록도

도 6은 본 발명의 동작원리를 도시한 흐름도.

도 7a는 상기 도 5의 BLDC 모터가 정상적으로 동작할 때 검출되는 모터의 3상전압과 모터회전속도를 검출하는 시점을 도시한 파형도.

도 7b는 상기 도 5의 BLDC 모터가 역회전할 때 검출되는 모터의 3상전압과 모터회전속도를 검출하는 시점을 도시한 파형도.

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

100 : 모터 110 : 위치검출부

120 : 제어부 130 : 스위치소자

140 : PWM 발생기 150 : 정류기

본 발명의 주요특징은 모터에 적정듀티비의 PWM전압이 인가되었을 때, 그에 따른 모터의 실제 회전수가 적정한 회전수에 미치지 못했을 때 모터의 구동을 정지시키는 것이다.

이러한 특징을 갖는 본 발명은 모터에 인가되는 PWM전압의 적정듀티비와 그에 따른 모터의 적정한 회전수인 목표회전수를 설정하는 단계와, 모터에 소정의 듀티비를 가진 PWM전압을 인가하여 모터를 회전시키는 단계와, 모터의 회전속도를 검출하는 단계와, 모터에 인가되는 PWM전압의 듀티비를 적정듀티비와 비교하는 단계와, 모터에 인가되는 PWM전압의 듀티비가 적정듀티비에 도달할 때까지 증가시켜 모터의 회전속도를 높이는 단계와, 모터에 적정듀티비의 PWM전압이 인가되었을 때, 모터의 실제 회전속도와 목표회전속도를 비교하는 단계 그리고, 모터의 실제 회전속도가 목표회전속도에 이르렀을 때에는 모터를 지속적으로 구동시키고, 이르지 못했을 때에는 모터를 정지시키는 단계가 포함되어 있다. 이 때, 적정듀티비는 모터에 인가되는 PWM이 최대전압일 때의 듀티비가 될 수도 있고, 모터의 초기 기동시 모터에 인가되는 PWM의 듀티비가 될 수도 있다.

이하, 본 발명의 동작원리를 첨부된 도 5와 도 6 및 도 7을 참조하여 설명하도록 한다. 도 5는 본 발명을 채용한 BLDC 모터의 구동회로를 개략적으로 도시한 블록도이고, 도 6은 본 발명의 동작원리를 도시한 흐름도이며, 도 7a는 도 5의 BLDC 모터가 정상적으로 동작할 때 검출되는 모터의 3상전압과 모터회전속도를 검출하는 시점을 도시한 것이고, 도 7b는 도 5의 BLDC 모터가 역회전할 때 검출되는 모터의 3상전압과 모터회전속도를 검출하는 시점을 도시한 파형도이다.

본 발명이 채용된 모터의 구동회로는 스위치소자인 인버터(130)가 정류된 직류전압을 인가받아 펄스폭변조하여 3상전압으로 변환한다. PWM발생기는 직류전원을 3상전원으로 변조하는 데 있어서, 3상전원의 레벨을 결정하는 역할을 담당한다. 3상전압은 BLDC 모터(100)를 구동시킨다. 모터가 구동되면, 위치검출부(110)는 회전하는 모터의 권선에서 역기전력을 검출한다. 제어부(120)는 위치검출부(110)에서 검출된 역기전력으로 모터의 회전속도를 계산한다. 그리고, 제어부(120)는 모터의 회전속도가 적정회전속도에 비해 낮다고 판단되면 PWM전압의 듀티비를 높여 모터의 회전속도를 크게 하고, 모터의 회전속도가 적정회전속도에 비해 높다고 판단되면 PWM전압의 듀티비를 낮춰 모터의 회전속도를 줄인다.

모터의 속도는 인버터(100)에서 인가하는 3상전압의 레벨에 의해 좌우되고, 3상전압의 레벨은 PWM의 듀티비에 의해 결정된다. PWM의 듀티비는 모터의 회전속도에 따라 제어부(120)에서 적절한 비율로 조절된다. 본 발명이 채용된 모터구동회로의 제어부는 모터의 실제 회전속도가 모터에 인가된 PWM의 듀티비에 의한 모터의 적정회전속도와 차이를 나타낼 경우에 PWM의 듀티비를 조절한다. 일반적으로 모터의 초기기동시에 이러한 차이가 발생된다.

이 때, 만약 적정회전속도에 이르기 위한 PWM의 적정듀티비보다 낮은 듀티비의 PWM이 인가되었을 때에 모터가 적정회전속도에 이르면, 본 발명이 채용된 모터의 제어부(120)는 PWM의 듀티비를 더 이상 증가시키지 않고 모터의 회전속도를 유지시킨다. 그리고, 만약 모터에 최대 듀티비의 PWM이 인가되어도 모터가 적정회전수에 이르지 못하면, 본 발명의 제어부는 모터가 역회전하거나 비정상적으로 동작하고 있다고 판단하여 모터의 구동을 정지시킨다.

본 발명은 도 6에 도시된 흐름도와 같이 동작한다.

먼저, 모터에 인가되는 PWM전압의 적정듀티비(d)와 그에 따른 모터의 적정회전속도(v)를 계산하여 설정한다(s1). 그리고, 정지된 모터에 소정의 듀티비(d')를 갖는 PWM을 인가하여 모터를 회전시키고(s2), 모터의 회전속도(v')를 검출한다(s3). 그리고, 상기 소정의 듀티비(d')과 적정듀티비(d)를 비교하여(s4) 현재의 듀티비(d')가 적정듀티비(d)보다 작으면, PWM의 듀티비를 차츰 증가시킨다(s5). 그 결과, 모터의 회전속도(v')가 서서히 높아진다.

PWM의 듀티비가 기설정된 적정듀티비에 이르게 되면, 본 발명이 채용된 제어부는 모터의 실제 회전속도가 적정회전속도에 이르렀는가 비교한다(s6). 만약, 모터의 실제 회전속도가 적정회전속도와 비슷하거나 약간 빠르면, 모터는 정상적인 방향으로 회전하는 것이지만, 모터의 실제회전속도가 적정회전속도보다 현저히 느리면, 모터는 역회전하거나 고장이 발생한 것이다.

실제 회전속도와 적정회전속도의 비교 결과, 모터가 정상이면 본 발명은 모터를 계속 구동시키고(s8), 모터가 비정상이면 본 발명은 모터의 구동을 정지시킨다(s7). 그래서, 본 발명은 비정상적인 구동이 지속됨으로 인해 발생할 수 있는 모터의 손상을 방지한다.

본 발명은 종래의 BLDC 모터의 구동방법과 달리 모터의 역회전이 지속됨에 의한 모터의 손상을 방지할 수 있는 방법을 구현할 수 있다. 그 이유는 본 발명이 모터에 인가되는 PWM의 듀티비와 모터의 회전속도를 지속적으로 검출함으로써 모터의 비정상적인 회전이나, 모터의 역회전이 발생했을 때, 모터의 구동을 정지시키도록 구성되었기 때문이다. 따라서, 본 발명은 모터의 비정상적인 동작으로 인한 모터의 손상을 방지할 수 있다.

Claims

압축기에 설치된 BLDC 모터의 구동방법에 있어서,

모터에 인가되는 PWM전압의 적정듀티비와 그에 따른 모터의 적정한 회전수인 목표회전수를 설정하는 단계;

상기 모터에 소정의 듀티비를 가진 PWM전압을 인가하여 모터를 회전시키는 단계;

상기 모터의 회전속도를 검출하는 단계;

상기 모터에 인가되는 PWM전압의 듀티비를 상기 적정듀티비와 비교하는 단계;

상기 모터에 인가되는 PWM전압의 듀티비가 상기 적정듀티비에 도달할 때까지 증가시켜 모터의 회전속도를 높이는 단계;

상기 모터에 적정듀티비의 PWM전압이 인가되었을 때, 모터의 실제 회전속도와 상기 목표회전속도를 비교하는 단계; 그리고,

상기 모터의 실제 회전속도가 목표회전속도에 이르렀을 때에는 모터를 지속적으로 구동시키고, 이르지 못했을 때에는 모터를 정지시키는 단계가 포함된 모터의 구동방법.
제 1 항에 있어서, 적정듀티비는 모터에 인가되는 PWM이 최대전압일 때의 듀티비인 것을 특징으로 하는 모터의 구동방법.
제 1 항에 있어서, 적정듀티비는 초기기동시 모터에 인가되는 PWM의 듀티비인 것을 특징으로 하는 모터의 구동방법.