KR20000059837A

KR20000059837A - 센서리스 ｂｌｄｃ모터 및 그 펄스폭 제어방법

Info

Publication number: KR20000059837A
Application number: KR1019990007716A
Authority: KR
Inventors: 정성기; 정두희
Original assignee: 윤종용; 삼성전자 주식회사
Priority date: 1999-03-09
Filing date: 1999-03-09
Publication date: 2000-10-05
Also published as: KR100597730B1

Abstract

본 발명은, 3상의 코일이 감겨진 고정자와, 상기 고정자내에 수용되어 회전하는 회전자를 갖는 센서리스 ＢＬＤＣ모터 및 그 펄스폭 제어방법에 관한 것이다. 본 센서리스 ＢＬＤＣ모터는, 상기 고정자의 역기전력에 기초한 각 상의 상신호를 발생하는 상신호발생부와; 상기 상신호발생부에서 발생하는 상신호의 변동시간을 측정하는 카운터와; 상기 카운터에서 측정된 상신호의 변동시간에 기초하여 상기 회전자의 회전속도를 연산하는 연산부와; 상기 연산부에서 연산된 회전속도에 따라 조절한 펄스폭을 갖는 펄스신호를 발생시키는 펄스발생부와; 상기 상신호발생부로부터의 상신호와 상기 펄스발생부로부터의 펄스신호를 입력받아 인버터의 구동신호를 발생하여 상기 인버터에 제공하는 구동신호발생부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의해, 고정자로 공급되는 전원공급량을 조절하여 회전자의 속도변동을 방지함으로써, 소음과 진동을 제거할 수 있는 센서리스 ＢＬＤＣ모터 및 그 펄스폭 제어방법이 제공된다.

Description

센서리스 ＢＬＤＣ모터 및 그 펄스폭 제어방법{SENSORLESS BLDC MOTOR AND PULSE WIDTH CONTROLLING METHOD THEREOF}

본 발명은 센서리스 ＢＬＤＣ모터 및 그 펄스폭 제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 부하변동에 의한 미세한 속도변동을 방지함으로써, 진동과 소음을 억제할 수 있도록 한 센서리스 ＢＬＤＣ모터 및 그 펄스폭 제어방법에 관한 것이다.

통상적으로 센서리스 ＢＬＤＣ모터는, 코일이 감겨진 고정자와, 고정자내에 수용되어 회전하여 부하를 구동하는 회전자를 포함하며, 고정자의 코일단자에 나타나는 역기전력에 기초하여 회전자의 위치를 파악하여 고정자에 공급되는 전압을 회로적으로 제어하게 된다.

이러한 센서리스 ＢＬＤＣ모터는, 도 4에 도시된 바와 같은 제어회로에 의해 그 구동이 제어된다. 센서리스 ＢＬＤＣ모터의 제어회로는, 모터가 가변속되도록 전력을 공급하는 인버터(80)와, 인버터(80)로 공급되는 펄스폭신호와 전원공급신호를 전달하는 마이컴(60)을 포함한다.

여기서, 마이컴(60)은, 고정자 코일에 인가되는 각각의 단자전압으로부터 상전압을 산출하여 상부호를 검출하는 상전압검출부(62)와, 산출된 상부호에 의해 입력파형보다 90。지연된 신호를 추출하는 디지털 이상기(64)와, 모터가 구동을 시작하여 규정속도에 도달하기까지 스테핑신호를 발생시키는 스텝신호발생부(66)를 포함한다. 스텝신호발생부(66)로부터의 스테핑신호와 디지털이상기(64)로부터의 신호는 모드선택부(68)에 의해 상신호발생부(70)에 선택적으로 공급되며, 상신호발생부(70)에서는 인버터(80)로 상신호를 공급하게 된다. 한편, 연산부(74)는 디지털이상기(64)와 상신호발생부(70)로부터의 신호를 입력받아 회전자의 회전속도를 연산하여 펄스발생부(72)로 정보를 제공하며, 펄스발생부(72)에서는 모터의 회전속도에 따라 조절된 펄스폭을 발생시키게 된다.

한편, 인버터(80)는, 펄스발생부(72)로부터의 펄스신호와 상신호발생부(70)로부터의 상신호를 ＡＮＤ연산하는 ＡＮＤ게이트(82)를 포함한다.

이러한 구성에 의하여, 센서리스 ＢＬＤＣ모터의 구동신호가 인가되면, 먼저 고정자의 2상에 전원을 인가하여 회전자가 일정한 위치에 정렬하도록 한다. 그런 다음, 일정 시간동안 강제적으로 모터가 구동하도록 상신호발생부(70)로 스테핑신호가 공급되며, 모터의 회전수가 일정이상이 되면, 고정자 코일에 전압이 유기되어 역기전력이 발생하게 되고, 이 역기전력을 바탕으로 회전자의 위치를 추정가능하게 된다. 이에 따라, 모터의 회전속도가 일정 이상이 되면, 디지털이상기(64)로부터의 신호가 상신호발생부(70)로 공급된다. 그러면, 연산부(74)에서는 회전자의 회전속도를 연산하며, 다음의 [수학식1]에서 따라 회전자의 실제 회전속도()와 미리 설정된 회전속도()와의 차를 구하고, 이 차에 비례상수를 곱하여 기존의 펄스폭()에 보상하여 새로운 펄스폭()을 산출한다.

[수학식1]

이에 따라, 실제 회전속도에 따라 펄스발생부(72)로부터의 펄스폭을 조절함으로써, 고정자에 공급되는 전원공급량이 조절되어 모터의 회전속도를 제어할 수 있게 된다.

그런데, 이러한 센서리스 ＢＬＤＣ모터의 구동중, 부하변동에 따라 모터의 회전속도가 변동하게 되며, 특히, 압축기의 경우, 도 5에 도시된 바와 같이, 냉매의 흡입과 압축에 따라, 모터의 1/2회전을 주기로 속도변동이 일어나게 된다. 이에 따라, 모터에 걸리는 부하의 변동폭이 커지게 되며, 이러한 모터의 미세한 속도변동은 종래의 [수학식1]에 의한 펄스폭 보상으로는 제거가 불가능하여, 모터의 진동과 소음이 증가한다는 문제점이 있다.

따라서 본 발명의 목적은, 부하변동으로 인한 속도변동을 제거하여 진동과 소음을 최소화할 수 있는 센서리스 ＢＬＤＣ모터 및 그 펄스폭 제어방법을 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 센서리스 ＢＬＤＣ모터의 제어블럭도,

도 2는 도 1의 센서리스 ＢＬＤＣ모터의 속도 그래프,

도 3은 본 발명에 따른 펄스폭의 제어를 나타내는 흐름도,

도 4는 종래의 센서리스 ＢＬＤＣ모터의 제어블럭도,

도 5는 도 4의 센서리스 ＢＬＤＣ모터의 속도 그래프이다.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

10 : 마이컴 12 : 상전압검출부

14 : 디지털이상기 16 : 스텝신호발생부

18 : 모드선택부 20 : 상신호발생부

21 : 카운터 22 : 펄스발생부

24 : 연산부 30 : 인버터

32 : ＡＮＤ게이트 34 : 인버터부

상기 목적은, 본 발명에 따라, 3상의 코일이 감겨진 고정자와, 상기 고정자내에 수용되어 회전하는 회전자를 갖는 센서리스 ＢＬＤＣ모터에 있어서, 상기 고정자의 역기전력에 기초한 각 상의 상신호를 발생하는 상신호발생부와; 상기 상신호발생부에서 발생하는 상신호의 변동시간을 측정하는 카운터와; 상기 카운터에서 측정된 상신호의 변동시간에 기초하여 상기 회전자의 회전속도를 연산하는 연산부와; 상기 연산부에서 연산된 회전속도에 따라 조절한 펄스폭을 갖는 펄스신호를 발생시키는 펄스발생부와; 상기 상신호발생부로부터의 상신호와 상기 펄스발생부로부터의 펄스신호를 입력받아 인버터의 구동신호를 발생하여 상기 인버터에 제공하는 구동신호발생부를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서리스 ＢＬＤＣ모터에 의해 달성된다.

여기서, 상기 구동신호발생부는 ＡＮＤ게이트로 마련할 수 있다.

그리고, 상기 연산부는, 상기 회전자의 평균속도를 산출하고, 상기 평균속도와 상기 회전속도와 비교하여 상기 펄스발생부로 전달하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 펄스발생부는, 상기 연산부로부터 입력받은 상기 회전자의 회전속도가 평균속도 이상일 경우에는, 상기 신호파의 펄스폭을 작게 하고, 상기 회전자의 회전속도가 평균속도 이하일 경우에는, 상기 신호파의 펄스폭을 크게 할 수 있다.

한편, 상기 목적은, 본 발명의 다른 분야에 따르면, 3상의 코일이 감겨진 고정자와, 상기 고정자내에 수용되어 회전하는 회전자를 갖는 센서리스 ＢＬＤＣ모터의 펄스폭 제어방법에 있어서, 상기 고정자의 역기전력에 기초한 각 상의 상신호를 발생시키는 단계와; 상기 상신호의 변동시간을 측정하는 단계와; 상기 상신호의 변동시간에 기초하여 상기 회전자의 평균속도를 연산하는 단계와; 상기 회전자의 회전속도와 평균속도에 따라 펄스신호의 펄스폭을 조절하는 단계와; 상기 상신호와, 상기 펄스신호를 연산하여 인버터의 구동신호를 발생시켜 상기 인버터에 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서리스 ＢＬＤＣ모터의 펄스폭 제어방법에 의해서도 달성될 수 있다.

여기서, 상기 회전자의 평균속도와 상기 회전자의 소정 시간동안의 회전속도의 차를 연산하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 회전자의 회전속도가 평균속도보다 클 경우에는, 상기 신호파의 펄스폭을 크게 하고, 상기 회전자의 회전속도가 평균속도보다 작을 경우에는, 상기 신호파의 펄스폭을 작게 할 수 있다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 센서리스 ＢＬＤＣ모터의 제어블럭도이다. 센서리스 ＢＬＤＣ모터의 제어회로는, 모터가 가변속되도록 전력을 공급하는 인버터(30)와, 인버터(30)로 상신호와 전원의 공급시간을 조절하는 펄스신호를 전달하는 마이컴(10)을 가진다.

마이컴(10)은, 고정자 코일에 인가되는 각각의 단자전압으로부터 상전압을 산출하여 상부호를 검출하는 상전압검출부(12)와, 산출된 상부호에 의해 입력파형보다 90。지연된 신호를 추출하는 디지털 이상기(14)와, 모터가 구동을 시작하여 규정속도에 도달하기까지 스테핑신호를 발생시키는 스텝신호발생부(16)를 포함한다. 그리고, 마이컴(10)은, 스텝신호발생부(16)로부터의 스테핑신호 또는 디지털이상기(14)로부터의 신호를 인가받아 인버터(30)로 상신호를 공급하는 상신호발생부(20)와, 스테핑신호 또는 디지털이상기(14)로부터의 신호중 하나를 상신호발생부(20)로 선택적으로 공급하는 모드선택부(18)를 더 포함하며, 상신호발생부(20)는 부하변동에 따라 변동하는 상신호의 변동시간을 측정하는 카운터(21)를 가진다.

또한, 마이컴(10)에는, 모터의 회전속도에 따라 펄스를 발생시키는 펄스발생부(22)와, 상신호발생부(20)와 스텝신호발생부(16) 및 모드선택부(18)로부터의 신호를 입력받아 회전자의 현재속도와 평균속도를 산출하는 연산부(24)가 마련되어 있다.

한편, 인버터(30)는, 펄스발생부(22)로부터의 펄스와 상신호발생부(20)로부터의 상신호를 입력받아 ＡＮＤ연산하는 ＡＮＤ게이트(32)와, ＡＮＤ게이트(32)로부터의 출력신호에 따라 모터로의 전원을 단속하는 인버터부(34)를 포함한다.

이러한 센서리스 ＢＬＤＣ모터는 부하의 변동에 따라 회전자의 회전속도가 변동하며, 특히, 압축기는 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이, 부하에 따라 전류의 크기가 변동하게 된다. 그리고, 이러한 전류의 변동에 따라, 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이, 회전자의 회전속도가 1/2회전을 주기로 변동하게 되며, 이는 압축기의 압축 및 흡입행정에 따라 회전속도가 변동한다는 것을 뜻한다. 이러한 회전자의 회전속도의 변동을 방지하고, 평균속도로 유지하기 위해서 다음과 같은 과정에 의해 회전자의 회전속도를 조절하게 된다.

도 3은 본 발명에 따른 펄스폭제어를 나타내는 흐름도이다. 도시된 바와 같이, 센서리스 ＢＬＤＣ모터의 구동신호가 인가되면(S10), 먼저 회전자가 일정한 위치에 정지하도록 고정자의 2상에 전원을 인가하여 회전자를 정렬시키는 ALIGN운전을 수행하게 된다(S20). 그런 다음, 일정 시간이 경과하면(S30), 스텝신호발생부(16)에서는 상신호발생부(20)로 스테핑신호를 공급하여 모터가 강제적으로 구동되도록 한다(S40). 그리고, 모터의 회전수가 일정 이상이 되어 고정자 코일에 전압 유기되어 역기전력이 발생하면(S50), 회전자의 위치를 추정할 수 있게 되므로, 모드선택부(18)에서는 스텝신호발생부(16)로부터의 스테핑신호를 차단하고, 디지털이상기(14)로부터의 신호를 상신호발생부(20)로 전달하는 폐루프제어에 돌입하게 된다(S60). 이 때, 디지털이상기(14)로부터 출력되는 신호는, 모터의 역기전력의 발생에 따라 상전압검출부(12)에서 검출된 상전압을 지연시켜 형성된 것이다.

한편, 연산부(24)에서는, 종래에서와 마찬가지로, 실제 회전속도()와 미리 설정된 회전속도()의 차를 구한다. 그리고, 카운터(21)에서 측정된 속도의 변동시간에 기초하여(S70), 회전자의 부하변동에 따라 미세하게 변동하는 회전자의 평균속도()와, 회전자의 현재속도()를 산출하고(S80), 평균속도()와 현재속도()와의 차를 구한다. 그런 다음, [수학식2]에서처럼, 실제 회전속도()와 미리 설정된 회전속도()의 차에 비례상수(P)를 곱한 값과, 평균속도()와 현재속도()와의 차에 비례상수(K)를 곱한 값을 펄스발생부(22)에서 발생된 기존의 펄스폭()에 보상하여 보정된 펄스폭()을 산출하게 된다(S90).

[수학식2]

이러한 [수학식2]에 따르면, 현재속도()가 평균속도()보다 작을 경우에는, 펄스발생부(22)에서 발생된 펄스폭()이 커지고, 현재속도()가 평균속도()보다 클 경우에는, 펄스발생부(22)에서 발생된 펄스폭()이 작아져서 ＡＮＤ게이트(32)로 펄스신호가 공급된다(S100).

그러면, ＡＮＤ게이트(32)에서는 상신호발생부(20)로부터의 상신호를 펄스신호에 따라 조절하여 인버터부(34)로 구동신호를 공급하여 전원단속을 행하게 되며, 펄스폭이 클 경우에는 전원의 공급시간이 길어져 전원공급량이 증가되고, 펄스폭이 작을 경우에는 전원의 공급시간이 짧아져 전원공급량이 감소된다.

이에 따라, 압축기의 압축시처럼 센서리스 ＢＬＤＣ모터의 부하량이 커지게 되어 회전자의 속도가 평균속도 이하로 저하되면, 펄스발생부(22)로부터의 펄스폭을 크게 하여 고정자에 공급되는 전원의 공급량을 증가시켜 회전자의 회전속도를 평균속도까지 상승시킬 수 있게 된다. 그리고, 압축기의 흡입시처럼 센서리스 ＢＬＤＣ모터의 부하량이 작아지게 되어 회전자의 속도가 평균속도 이상으로 상승되면, 펄스폭을 작게 하여 고정자에 공급되는 전원의 공급량을 감소시켜 회전자의 회전속도를 평균속도까지 하강시킬 수 있게 된다.

이와 같이, 센서리스 ＢＬＤＣ모터의 회전자가 부하량의 변동에 따라, 미세하게 회전속도가 변동할 경우, 펄스발생부(22)로부터의 펄스폭을 조절하여 고정자로 공급되는 전원공급량을 조절함으로써, 회전자를 회전속도를 평균속도로 일정하게 유지시킬 수 있게 된다. 이에 따라, 회전자의 속도변동으로 인한 모터의 소음이나 진동을 제거할 수 있게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 고정자로 공급되는 전원공급량을 조절하여 회전자의 속도변동을 방지함으로써, 소음과 진동을 제거할 수 있는 센서리스 ＢＬＤＣ모터 및 그 펄스폭 제어방법이 제공된다.

Claims

3상의 코일이 감겨진 고정자와, 상기 고정자내에 수용되어 회전하는 회전자를 갖는 센서리스 ＢＬＤＣ모터에 있어서,

상기 고정자의 역기전력에 기초한 각 상의 상신호를 발생하는 상신호발생부와;

상기 상신호발생부에서 발생하는 상신호의 변동시간을 측정하는 카운터와;

상기 카운터에서 측정된 상신호의 변동시간에 기초하여 상기 회전자의 회전속도를 연산하는 연산부와;

상기 연산부에서 연산된 회전속도에 따라 조절한 펄스폭을 갖는 펄스신호를 발생시키는 펄스발생부와;

상기 상신호발생부로부터의 상신호와 상기 펄스발생부로부터의 펄스신호를 입력받아 인버터의 구동신호를 발생하여 상기 인버터에 제공하는 구동신호발생부를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서리스 ＢＬＤＣ모터.
제 1 항에 있어서,

상기 구동신호발생부는 ＡＮＤ게이트인 것을 특징으로 하는 센서리스 ＢＬＤＣ모터.
제 1 항에 있어서,

상기 연산부는, 상기 회전자의 평균속도를 산출하고, 상기 평균속도와 상기 회전속도와 비교하여 상기 펄스발생부로 전달하는 것을 특징으로 하는 센서리스 ＢＬＤＣ모터.
제 1 항에 있어서,

상기 펄스발생부는, 상기 연산부로부터 입력받은 상기 회전자의 회전속도가 평균속도 이상일 경우에는, 상기 펄스신호의 펄스폭을 작게 하고, 상기 회전자의 회전속도가 평균속도 이하일 경우에는, 상기 펄스신호의 펄스폭을 크게 하는 것을 특징으로 하는 센서리스 ＢＬＤＣ모터.
3상의 코일이 감겨진 고정자와, 상기 고정자내에 수용되어 회전하는 회전자를 갖는 센서리스 ＢＬＤＣ모터의 펄스폭 제어방법에 있어서,

상기 고정자의 역기전력에 기초한 각 상의 상신호를 발생시키는 단계와;

상기 상신호의 변동시간을 측정하는 단계와;

상기 상신호의 변동시간에 기초하여 상기 회전자의 평균속도를 연산하는 단계와;

상기 회전자의 회전속도와 평균속도에 따라 펄스신호의 펄스폭을 조절하는 단계와;

상기 상신호와, 상기 펄스신호를 연산하여 인버터의 구동신호를 발생시켜 상기 인버터에 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서리스 ＢＬＤＣ모터의 펄스폭 제어방법.
제 5 항에 있어서,

상기 회전자의 평균속도와 상기 회전자의 소정 시간동안의 회전속도의 차를 연산하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 센서리스 ＢＬＤＣ모터의 펄스폭 제어방법.
제 5 항에 있어서,

상기 회전자의 회전속도가 평균속도보다 클 경우에는, 상기 펄스신호의 펄스폭을 크게 하고, 상기 회전자의 회전속도가 평균속도보다 작을 경우에는, 상기 펄스신호의 펄스폭을 작게 하는 것을 특징으로 하는 센서리스 ＢＬＤＣ모터의 펄스폭 제어방법.