KR20000055856A - 차량용 영구 자석형 동기 모터의 회전자 위치 검출 방법 - Google Patents

차량용 영구 자석형 동기 모터의 회전자 위치 검출 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차량용 영구 자석형 동기 모터의 회전자 위치 검출 방법을 개시한다. 즉, 본 발명은 영구 자석형 동기 모터의 회전에 따라 제 1 설정 각도의 위상차가 나는 3개의 서로 다른 절대각 신호를 발생하는 제 1, 제 2 및 제 3 위치 감지 센서를 구비하는 차량용 영구 자석형 동기 모터의 회전자 위치 검출 방법에 있어서, 동기 모터를 구동시키는 단계와; 제 1, 제 2 및 제 3 위치 감지 센서로부터 제공되는 제 2 설정 각도의 이동 변화량에 대응하는 소정 시간 변화량을 측정하는 단계와; 측정된 제 2 설정 각도의 이동 변화량을 소정 시간 변화량으로 제산함으로써 동기 모터의 회전 속도를 산출하는 단계와; 산출된 동기 모터의 회전 속도를 소정 시간과 승산함으로써 제 2 설정 각도 이내의 이동 변화량을 산출하는 단계와; 산출된 이동 변화량에 대응하는 회전자 위치를 검출하는 단계를 포함한다. 따라서, 본 발명은 차량용 영구 자석형 동기 모터의 제조 단가를 절감하는 효과가 있다.

Description

차량용 영구 자석형 동기 모터의 회전자 위치 검출 방법{METHOD FOR DETECTING A POSITION OF A ROTOR IN A MOTOR CONTROLLER}
본 발명은 차량용 영구 자석형 동기 모터의 구동에 관한 것으로, 특히, 인코더(encoder)의 기능을 대체하는 차량용 영구 자석형 동기 모터의 회전자(rotor) 위치 검출 방법에 관한 것이다.
차량용 영구 자석형 동기 모터를 구동시키기 위해서는 모터 회전자의 정확한 위치를 감지하여야만 한다. 이러한 이유로 인하여 영구 자석형 동기 모터의 제어기 및 모터에는 회전자의 정확한 위치를 알아내는 기능을 가진 리졸버(resolver) 또는 인코더 등의 소자가 장착된다.
이하, 종래 차량용 영구 자석형 동기 모터의 위치를 감지하기 위한 일반적인 구성 및 방법을 기술한다.
종래의 차량용 영구 자석형 동기 모터는 모터의 회전에 따라 서로 120°의 위상차가 나는 3개의 펄스 신호를 발생하는 절대각 신호와, 모터가 1회전할 때마다 수백에서 수천개의 펄스 신호를 발생하는 인크리멘탈(incremental) 신호등 총 4개에서 5개까지의 신호를 낼 수 있는 인코더를 사용한다.
일반적으로 이러한 신호는 제어기내의 콘트롤러로 입력되는데, 만약 120°위상차가 나는 신호를 차례로 u, v, w라고 하고 u상의 상승 에지에서의 각도를 0°라고 하면, 다음의 상태 전이가 발생하는 w상의 상승 에지 각도는 60°라고 말할 수 있다.
즉, u, v, w를 이용한 각도의 측정은 매 60°마다 정확히 측정할 수 있다. 그러나, 이러한 절대각 신호 검출 방법으로는 주 콘트롤러의 샘플링 시간마다의 모터의 회전 각도를 정확히 측정할 수 없다고 하는 문제가 있었다. 이러한 문제를 해결하기 위한 일환으로, 종래의 차량용 영구 자석형 동기 모터에는 모터의 회전에 따라 수백 내지 수천 ㎲의 펄스 신호를 발생하는 인크리멘탈 소자가 장착된다. 즉, 매 샘플링 시간마다 발생하는 인크리멘탈 신호의 개수를 카운트하면 모터의 이동 각도를 검출할 수 있는 것이다.
그러나, 이러한 소자는 보통 고가이며, 장착 사양을 만족하기 위한 특별한 기구적 가공으로 인한 가공비의 증가와 이러한 소자에서의 신호를 주 콘트롤러로 전달하기 위한 회로 및 소자로 인한 비용 증가가 수반된다.
따라서, 이러한 센서의 사용으로 인해 전체 제어 시스템의 가격이 상승된다는 문제가 대두되었으며, 특별한 경우에 있어서는 이러한 센서의 부착 자체가 어려운 경우도 발생하였다.
따라서, 본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위하여 안출한 것으로, 인코더의 기능을 갖는 홀-센서(hall-sensor)를 이용하여 절대각 변이 시간 및 모터 회전 속도를 산출함으로써 모터 회전자의 위치를 검출하도록 한 차량용 영구 자석형 동기 모터의 회전자 위치 검출 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 영구 자석형 동기 모터의 회전에 따라 제 1 설정 각도의 위상차가 나는 3개의 서로 다른 절대각 신호를 발생하는 제 1, 제 2 및 제 3 위치 감지 센서를 구비하는 차량용 영구 자석형 동기 모터의 회전자 위치 검출 방법에 있어서, 동기 모터를 구동시키는 단계와; 제 1, 제 2 및 제 3 위치 감지 센서로부터 제공되는 제 2 설정 각도의 이동 변화량에 대응하는 소정 시간 변화량을 측정하는 단계와; 측정된 제 2 설정 각도의 이동 변화량을 소정 시간 변화량으로 제산함으로써 동기 모터의 회전 속도를 산출하는 단계와; 산출된 동기 모터의 회전 속도를 소정 시간과 승산함으로써 제 2 설정 각도 이내의 이동 변화량을 산출하는 단계와; 산출된 이동 변화량에 대응하는 회전자 위치를 검출하는 단계를 포함하는 차량용 영구 자석형 동기 모터의 회전자 위치 검출 방법을 제공한다.
도 1은 본 발명에 따른 방법에 적용되는 차량용 영구 자석형 동기 모터의 회전자 위치 검출 장치의 개략적인 블록도,
도 2는 본 발명에 따른 홀-센서로부터 발생되는 출력 파형도,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량용 영구 자석형 동기 모터의 회전자 위치 검출 과정의 흐름도.
＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞
100 : 마이컴 102 : 모터 구동부
104 : 위치 검출 센서 106 : 위치 검출 회로부
본 발명의 목적 및 여러 가지 장점은 본 발명의 기술 분야에 숙련된 사람들에 의해 첨부된 도면을 참조하여 하기에 기술되는 본 발명의 바람직한 실시예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량용 영구 자석형 동기 모터의 회전자 위치 검출 장치의 개략적인 블록도로서, 모터 구동부(102), 위치 검출 센서(104), 위치 검출 회로부(106) 및 마이컴(100)을 포함한다.
도시한 바와 같이, 모터 구동부(102)는 후술하는 마이컴(100)의 제어하에 구동되는 회전 운동 수단으로서, 소정 회전 운동에 따라 120°의 위상차가 나는 절대각 신호를 발생한다.
위치 검출 센서(104)는 도시 생략된 모터 회전자 소정 위치에 120°의 각도로 3개 장착되어 있으며, 종래의 기술에서 사용된 절대각 신호, 즉, u, v, w만을 사용하여 샘플링 시간마다의 이동 각도를 계산한다. 이러한 위치 검출 센서(104)는 홀-센서(hall-sensor) 또는 광소자 등의 저 분해능 소자를 이용하여 고가의 인크리멘탈 센서와 동일한 기능을 수행한다.
위치 검출 회로부(106)는 상술한 위치 검출 센서(104)로부터 검출되는 위치 검출 신호, 즉, 절대각 신호를 데이터화하여 마이컴(100)으로 제공하는 기능을 수행한다.
본 발명에 따른 마이컴(100)은 위치 검출 회로부(104)로부터의 위치 검출 데이터에 따라 차량용 영구 자석형 동기 모터의 회전자의 위치를 검출한다. 이러한 기능을 수행하는 마이컴(100)에 사용되는 주 콘트롤러는, 예컨대, Ti사의 TMS320F240 DSP(Digital Signal Processor)를 이용할 수 있으며, 이 DSP는 내부에 도시 생략된 3개의 타이머를 구비하고 있다.
즉, 제 1 타이머는 프로그램을 일정한 시간, 예컨대, T초로 실행시키는 역할을 한다. 제 2 타이머는 일정한 시간 간격으로 분주하게 설정한다. 일반적인 시간은 50n초이다.
한편, 모터 구동 신호가 외부에서 인가되면 u, v, w만으로 절대각을 산정한다. 따라서, 이 각도는 30°의 오차를 가지고 있다. 30°의 오차는 모터를 회전시키기에는 충분한 각도이다.
도 2에는, 동기 모터의 소정 위치에 장착된 3개의 위치 검출 센서(104), 즉, 홀-센서로부터 검출된 절대각 신호에 따라 출력되는 u, v, w 파형도가 도시되어 있다. 도시한 바와 같이, 위치 검출 센서(104)로부터 u 신호가 검출되면, 120°의 위상차가 발생한 후 v 신호가 검출된다. 또한, v 신호가 검출되고 난 후, 120°의 위상차가 발생한 후 w 신호가 검출된다. 즉, u 신호와 w 신호는 60°의 상태 변이를 지니고 있는 것이다.
이하, 상술한 구성과 함께, 본 발명에 따른 차량용 영구 자석형 동기 모터의 회전자 위치 검출 과정을 첨부한 도 2의 흐름도를 참조하여 상세하게 설명한다.
먼저, 마이컴(100)은 단계(S200)에서 모터 구동부(102)로 소정 제어 신호를 출력하여 도시 생략된 모터를 구동시킨다.
일단 모터가 구동되면, 마이컴(100)은 단계(S202)로 진행하여 T시간마다의 각도 변이를 측정한다. 종래 기술의 구성에서는 이것을 인크리멘탈 신호로서 측정하였지만, 본 발명은 매 60°마다의 상태 변이를 이용하였다. 즉, 상태 변이 사이의 시간을 제 2 타이머 및 T마다 생기는 두 개의 시간으로 측정하는 것이다.
최초 발생하는 상태 전이를 T0라 하고, 다음번 상태 전이를 T1이라 하면, 60°사이의 변이 시간을 측정할 수 있다.
변이 시간이 측정되면, 마이컴(100)은 단계(S204)로 진행하여 동기 모터의 회전 속도를 산출한다. 즉, 모터 구동 시간 인가후 모터가 회전하면 바로 이 시간 측정이 가능하고 따라서 모터의 회전 속도를 알 수 있는 것이다. 이러한 동기 모터의 회전 속도는 측정된 각도(60°)의 이동 변화량(2πr×{60/360})을 시간 변화량(T1-T0)으로 제산함으로써 산출할 수 있으며, 이러한 사실은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자는 용이하게 알 수 있는 바, 그 구체적인 설명은 생략한다.
모터 회전 속도(πr/3{T1-T0})가 산출되면, 마이컴(100)은 단계(S206)로 진행하여 산출된 동기 모터의 회전 속도를 소정 시간(T)과 승산함으로써 상술한 측정 각도 이내의 이동 변화량(60T/{T1-T0})을 검출한다. 즉, T 시간 마다의 이동 각도(x)를 검출하는 것이다.
이동 각도(x)가 검출되면, 마이컴(100)은 단계(S208)로 진행하여 산출된 이동 변화량에 대응하는 회전자 위치를 검출하고 단계(S208)를 종료한다.
따라서, 본 발명은 동기 모터의 회전 속도를 알 수 있으면, T 시간 마다의 움직인 각도도 측정가능하므로 회전자의 위치를 알 수 있는 것이다.
이상과 같이, 본 발명에서는 차량용 영구 자석형 동기 모터의 제조 단가를 절감하는 효과가 있다.

Claims (2)

  1. 영구 자석형 동기 모터의 회전에 따라 제 1 설정 각도의 위상차가 나는 3개의 서로 다른 절대각 신호를 발생하는 제 1, 제 2 및 제 3 위치 감지 센서를 구비하는 차량용 영구 자석형 동기 모터의 회전자 위치 검출 방법에 있어서,
    상기 동기 모터를 구동시키는 단계와;
    상기 제 1, 제 2 및 제 3 위치 감지 센서로부터 제공되는 제 2 설정 각도의 이동 변화량에 대응하는 소정 시간 변화량을 측정하는 단계와;
    측정된 제 2 설정 각도의 이동 변화량을 소정 시간 변화량으로 제산함으로써 상기 동기 모터의 회전 속도를 산출하는 단계와;
    산출된 상기 동기 모터의 회전 속도를 소정 시간과 승산함으로써 상기 제 2 설정 각도 이내의 이동 변화량을 산출하는 단계와;
    상기 산출된 이동 변화량에 대응하는 회전자 위치를 검출하는 단계를 포함하는 차량용 영구 자석형 동기 모터의 회전자 위치 검출 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 위치 감지 센서는 홀 센서로 이루어지는 것을 특징으로 하는 차량용 영구 자석형 동기 모터의 회전자 위치 검출 방법.
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KR100404919B1 (ko) * 2001-06-02 2003-11-07 한국철도기술연구원 철도차량의 전기적 관성부하 시험용 제어장치

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