KR20010060170A

KR20010060170A - 브러시리스 모터용 전류 모드 ｐｗｍ 기법에 관한 시스템및 방법

Info

Publication number: KR20010060170A
Application number: KR1020000061510A
Authority: KR
Inventors: 코스키존알렉산더; 부이난
Original assignee: 포만 제프리 엘; 인터내셔널 비지네스 머신즈 코포레이션
Priority date: 1999-10-28
Filing date: 2000-10-19
Publication date: 2001-07-06
Also published as: DE60036589T2; ATE375029T1; JP3405721B2; EP1096659A3; KR100375530B1; EP1096659A2; MY119099A; JP2001178171A; SG87184A1; DE60036589D1; US6344720B1; CN1176520C; CN1294448A; EP1096659B1

Abstract

브러시리스 모터용 전류 모드 펄스 폭 변조 기법(PWM)을 사용하는 본원 시스템 및 방법은 PWM 제어 신호의 극성과 값에 따라 모터 속도를 각각 증가시키던지 감소시킴으로써 브러시리스 모터 속력을 제어한다. PWM 신호는 요망 모터 전류와 실제 모터 전류 사이의 차이에 비례하여 발생하는 에러 신호에 따라 변한다. 모터 전류 센서는 모터에 인가될 실제 모터 전류를 감지하는 데 사용된다. 전류 비교기는 전류 요망 참조 신호와 실제 전류 신호를 비교하여 에러 신호를 발생시키는데 사용된다. 펄스 폭 변조기는 에러 신호를 펄스 폭 변조 에러 신호로 전환시키는데 사용된다. 전동자 위치 센서는 모터의 전동자 위치를 감지하는데 사용된다. 커뮤테이터 회로는 펄스 폭 변조 에러 신호와 모터의 전동자 위치를 수신한다. 전원 스위치는 커뮤테이터의 출력에 연결되며, 모터에도 연결된다. 커뮤테이터는 요망 참조 전류 신호에 해당하는 요망 모터 전류로 모터를 제어하기 위해 해당 펄스 폭 변조 에러 신호에 근거하여 각각의 전원 스위치의 활성 및 비활성을 제어한다. 에러 신호가 일반적으로 포지티브, 네거티브 또는 제로 값에 해당할 경우, 모터 속도를 각각 증가시키던지 감소시키던지 유지시키기 위해 커뮤테이터는 모터를 더욱 포지티브 방향으로 또는 더욱 네거티브 방향으로 또는 같은 방식으로 구동시키도록 각각의 전원 스위치를 제어한다.

Description

브러시리스 모터용 전류 모드 ＰＷＭ 기법에 관한 시스템 및 방법{CURRENT MODE PWM TECHNIQUE FOR A BRUSHLESS MOTOR}

본원 발명은 일반적으로 브러시리스 모터용 전류 모드 PWM(pulse width modulation) 기법에 관한 것으로서, 특히 요망 모터 속력와 전류 모터 속력간의 차이에서 발생되어 추출되는 에러 신호에 따라 변하는 특성을 지닌 포지티브 극성의 PWM 또는 네거티브 극성의 PWM 신호에 따라 모터 속력를 각각 증가 또는 감소시킴으로써 브러시리스 모터를 제어하는 시스템과 방법에 관한 것이다.

브러시리스 모터의 속도를 제어하기 위한 다양한 시스템과 방법이 있다. 종래 기술의 어떤 시스템 및 방법은 브러시모터의 전원 스위치를 직접 제어하기 위해 PWM 신호 사용을 필요로 한다. 예를 들어, 3 상 모터는 브러시리스 모터를 제어하기 위해 3 개의 상부 스위치와 3 개의 하부 스위치를 구비하는 경향이 있다. 한 쌍의 상부, 하부 스위치는 브러시리스 모터의 각 상을 제어하는데 사용된다. 이러한 종래의 기술의 시스템 및 방법에 있어서, 모터를 활성시키거나 턴오프시키거나 또는 모터의 속도를 느리게 하는데 6 개의 스위치가 사용되는 방식으로, PWM 신호는 브러시리스 모터를 제어한다. 그러므로, 모터 속력는 PWM 신호 활성 전원 스위치로써 증가되어 모터를 구동시키며, PWM 신호 비활성 전원 스위치로써 감소되어 모터를 정지시킨다. 그러므로, 모터는 자신의 온 상태와 오프 상태 사이에서 계속적이며 반복적으로 스위치되어 결과적으로 한 방향 혹은 코스트 상태로 완전 전원 활성된다.

컴퓨터 시스템용 테이프 릴을 구동시키기 위해 브러시리스 모터를 사용하는 테이프 드라이브는 컴퓨터 분야에 존재한다. 선형 테이프 오픈(Linear Tape Open, LTO) 등 테이프 드라이브의 한 유형은 두가지 타입의 테이프를 필요로 하는데, 두가지 테이프 중 하나는 서플라이(supply) 릴이고, 다른 하나는 테이크업(take-up) 릴이다. 테이크업 릴이 테이크업 릴 모터로써 구동될 동안 서플라이 릴은 서플라이 릴 모터로써 구동된다. 이 두가지 모터 속도를 제어하기 위해 제어 알고리즘이 사용된다. 이러한 유형의 테이프 드라이브 또는 테이프 트랜스포트에 대해, 테이프의 위치 및 속도는 제어될 필요가 있다. 제어 알고리즘은 릴 모터의 속력을 적합하게 제어하기 위해 테이프의 위치 및 속도 결정을 필요로 한다. 릴을 구동시키는 두가지 테이프 릴, 테이프 및 2 개의 모터에는 플랜트(plant)가 고려된다. 플랜트는 다중 입력을 받고, 다중 출력을 제공한다. 예를 들어, 플랜트로의 입력은 모터를 제어하기 위한 모터용 직류 전류이다. 플랜트에서의 출력은 테이프 속도, 테이프 텐션 및 테이프 위치이다.

이러한 유형의 테이프 드라이브는 테이프 위치 및 속도를 적절하게 제어하기 위해서 테이프 드라이브용의 요망 모터 속력과 실제 모터 속력과의 비교를 필요로 한다. 요망 모터 속력이 실제 모터 속력가 같지 않다면, 모터는 실제 모터 속력에서 요망 모터 속력으로 구동되어야 한다. 그러므로, 요망 모터 속력과 실제 모터 속력 간의 차이에 근거하여 부합되게 브러시리스 모터의 속력을 제어하는 시스템과 방법을 제공하는 것이 바람직하고 편리하다. 모터의 연속적이며 반복적인 턴온과턴오프를 요구하지는 않지만, 브러시리스 모터를 연속적으로 구동시키는 PWM 신호를 사용하여 브러시리스 모터의 속력을 제어하는 시스템과 방법을 제공하는 것도 바람직하고 편리하다. 요망 모터 속력과 실제 모터 속력간의 차이에 근거하여 부합되게 브러시리스 모터의 속력을 제어하기 위해 PWM 신호를 사용하는 브러시리스 모터 속력 제어용 시스템과 방법을 제공하는 것 또한 바람직하고 편리하다. 테이프 서보(servo) 시스템 및 방법으로 사용되는 브러시리스 모터의 속력 제어용 시스템과 방법을 제공하는 것도 또한 바람직하고 편리하다. 브러시리스 모터의 전동자(armature) 위치에 근거하여 브러시 모터의 속력을 제어하는 시스템과 방법을 제공하는 것 또한 바람직하고 편리하다.

그러므로, 본 발명의 제1 목적은 요망 모터 속력과 실제 모터 속력간의 차이에 근거하여 부합되게 브러시리스 모터의 속력을 제어하는 시스템과 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 제2 목적은 모터의 연속적이며 반복적인 턴온과 턴오프를 요구하지는 않지만 브러시리스 모터를 연속적으로 구동시키는 PWM 신호를 사용하여 브러시리스 모터의 속력을 제어하는 시스템과 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 제3 목적은 요망의 모터 속력과 실제의 모터 속력간의 차이에 근거하여 부합되게 브러시리스 모터의 속력을 제어하는 PWM 신호를 사용하여 브러시리스 모터의 속력을 제어하는 시스템과 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 제4 목적은 테이프 서보 시스템과 방법으로 사용되는 브러시리스모터의 속력을 제어하는 시스템과 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 제5 목적은 브러시리스 모터의 전동자 위치에 근거하여 브러시리스 모터의 속력을 제어하는 시스템과 방법을 제공하는 것이다.

상술한 목적들은 이제 설명하는 바와 같이 달성된다. 브러시리스 모터용 전류 모드 펄스 폭 변조 기법(PWM)을 사용하는 본원 시스템 및 방법은 PWM 제어 신호의 극성과 값에 따라 모터 속도를 각각 증가시키던지 감소시킴으로써 브러시리스 모터 속력을 제어한다. PWM 신호는 요망 모터 전류와 실제 모터 전류 사이의 차이에 비례하여 발생하는 에러 신호에 따라 변한다. 모터 전류 센서는 모터에 인가될 실제 모터 전류를 감지하는 데 사용된다. 전류 비교기는 전류 요망 참조 신호와 실제 전류 신호를 비교하여 에러 신호를 발생시키는데 사용된다. 펄스 폭 변조기는 에러 신호를 펄스 폭 변조 에러 신호로 전환시키는데 사용된다. 전동자 위치 센서는 모터의 전동자 위치를 감지하는데 사용된다. 커뮤테이터 회로는 펄스 폭 변조 에러 신호와 모터의 전동자 위치를 수신한다. 전원 스위치는 커뮤테이터의 출력에 연결되며, 모터에도 연결된다. 커뮤테이터는 요망 참조 전류 신호에 해당하는 요망 모터 전류로 모터를 제어하기 위해 해당 펄스 폭 변조 에러 신호에 근거하여 각각의 전원 스위치의 활성 및 비활성을 제어한다. 에러 신호가 일반적으로 포지티브, 네거티브 또는 제로 값에 해당할 경우, 모터 속도를 각각 증가시키던지 감소시키던지 유지시키기 위해 커뮤테이터는 모터를 더욱 포지티브 방향으로 또는 더욱 네거티브 방향으로 또는 같은 방식으로 구동시키도록 각각의 전원 스위치를 제어한다.

상술한 것 뿐만 아니라 본 발명에 추가되는 목적, 특성 및 장점은 다음의 상세한 설명에서 명백해 질 것이다.

도 1은 요망 모터 전류와 실제 모터 전류의 차이 사이에서 발생하는 에러 신호에 따라 변하는 PWM 신호를 사용하는 시스템과 방법에 있어서, 요망 모터 속력과 실제 모터 속력 사이의 차이에 근거하여 부합하도록 브러시리스 모터의 속력을 제어하기 위한 본원 발명의 블럭도이다.

도 2는 PWM 신호가 브러시리스 모터의 속도를 증가시키기 위해 전원 스위치를 제어하도록 사용됨에 있어서, 요망 모터 전류와 실제의 모터 전류사이에서 포지티브 값을 갖는 에러 신호에 근거하여 발생되는 네거티브 펄스폭보다 더 긴 포지티브 펄스폭을 갖는 PWM 신호에서, 실제 모터 전류보다 요망 모터 전류가 더 많은 경우에 도 1의 시스템에 의해 발생되는 PWM 신호이다.

도 3은 PWM 신호가 브러시리스 모터의 속력을 감소시키기 위해 전원 스위치를 제어하도록 사용됨에 있어서, 요망 모터 전류와 실제 모터 전류 사이에서 네거티브 값을 갖는 에러 신호에 근거하여 발생되는 네거티브 펄스폭보다 더 짧은 포지티브 펄스폭을 갖는 PWM 신호에 있어서, 실제 모터 전류보다 요망 모터 전류가 더 적은 경우에 도 1의 시스템에 의해 발생되는 PWM 신호이다.

도 4는 PWM 신호가 브러시리스 모터의 속력을 유지시키기 위해 전원 스위치를 제어하도록 사용됨에 있어서, 요망 모터 전류와 실제 모터 전류 사이에서 제로 값을 갖는 에러 신호에 근거하여 발생되는 포지티브 펄스폭과 네거티브 펄스폭이 같은 PWM 신호에 있어서, 요망 모터 전류와 실제 모터 전류가 같을 경우에 도 1의 시스템에 의해 발생되는 PWM 신호이다.

도 5는 요망 모터 전류와 실제 모터 속력 사이에서 비례하는 차이에 근거하여 부합되게 브러시리스 모터의 속력을 제어하는 본 발명의 시스템의 동작 알고리즘에 대한 흐름도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

12A, 12B, 12C : 홀 센서

14 : 브러시리스 커뮤테이터

18D, 18E, 18F, 22D, 22E, 22F : 전원 스위치

21 : 모터 권선

23 : 전류 감지 저항

24 : 활성 전류 감지 정류기

27 : 전류 감지 전압 신호

28 : 펄스 폭 변조기

30 : 에러 증폭기

32 : 실제 전류 신호

34 : 요망 전류 신호

35 : 에러 신호

36, 36A, 36B, 36C : PWM 신호

본 발명의 특성이라고 여겨지는 참신한 특징은 첨부되는 청구범위에서 설명된다. 발명 그자체 뿐만 아니라 양호한 사용 모드 및 나아가서 목적과 장점은 첨부되는 도면과 함께 다음에 이어지는 예시적 실시예의 상세한 설명을 참고함으로써 완벽하게 이해될 것이다.

본원 발명은 브러시리스 모터용 전류 모드 PWM 기법에 관한 것이다. 본원 발명은 PWM 신호 36A 또는 36B 또는 36C와 같은 포지티브 극성의 PWM 신호 또는 네거티브 극성의 PWM 신호에 따라 모터 활성을 각각 향상시키더니 둔화시킴으로써 브러시리스 모터(20)를 제어하는 본 시스템(10)과 방법을 제공한다. PWM 신호(36)는 요망 모터 전류와 실제 모터 전류 간의 차이에 비례해서 발생되는 에러 신호(35)에 따라 변한다. 브러시리스 모터의 전류를 제어하는 시스템(10) 및 방법은 브러시리스 모터의 연속적이며 반복적인 턴온 및 턴오프를 요구하지 않으며, 발생된 에러 신호에 근거하는 PWM 신호(36)를 사용한다. 브러시리스 모터(20)의 전류를 제어하는 본원 시스템(10) 및 방법은 테이프 서보 시스템 및 방법으로 사용 가능하다. 브러시리스 모터(20)의 속력을 제어하는 본원 시스템(10) 및 방법은 또한 브러시리스 모터의 전동자 위치에 근거한다.

이제 도면, 특히 도 1을 참고 하면서, PWM 신호(36)의 포지티브 극성과 네거티브 극성에 따라 모터 전류를 각각 증가시키던지 감소시킴으로써 브러시리스 모터(20)를 제어하는 본원 시스템(10)이 도시된다. 본원 시스템(10)은 브러시리스모터(20)의 전류를 제어한다. 브러시리스 모터(20)는 3 상(phase) 또는 모터 권선(winding)(21)을 구비하는 것으로 도시되며, 상(phase) 또는 모터 권선은 D, E 및 F이다. 상부 전원 스위치(18D) 및 하부 전원 스위치(22D)는 권선(D)에 연결되어 그 곳에서 브러시리스 모터(20)를 제어한다. 상부 전원 스위치(18E) 및 하부 전원 스위치(22E)는 권선(E)에 연결되어 그 곳에서 브러시리스 모터(20)를 제어한다. 상부 전원 스위치(18F) 및 하부 전원 스위치(22F)는 권선(F)에 연결되어 그 곳에서 브러시리스 모터(20)를 제어한다. 전원 스위치(18D, 18E, 18F, 22D, 22E, 22F)는 벌크 전원 또는 전원 소스(19)에 연결된다. 전원 소스(19)는 적합한 스위치(18, 22)를 선택함으로써 +12 V와 -12 V와 같은 포지티브 및 네거티브 구동 전원을 브러시리스 모터(20)에 공급한다. 이러한 전원 스위치는 PWM 신호의 극성에 따라, 도 2 , 도 3 및 도 4에서의 각각의 PWM 신호 36A 또는 36B 또는 36C와 같은 PWM 신호에 의해 활성된다. PWM 신호(36A, 36B, 36C)는 이후에 더 상세히 설명될 것이다.

홀 센서(12A, 12B, 12C)는 브러시리스 커뮤테이터(commutator)(14)의 입력측에 연결되며, 전원 스위치(18D, 18E, 18F, 22D, 22E, 22F)는 브러시리스 커뮤테이터(14)의 출력측에 연결된다. 브러시리스 커뮤테이터(14)는 모터 권선(D, E, F) 상에서의 구동과 방향을 제어하는데 사용되어, 브러시리스 모터(20)의 활성을 제어한다. 모터 제어 시스템(10)의 동작 중에, 모터 권선(D, E, F)은 한 방향 또는 반대 방향으로 구동된다. 홀 센서(12A, 12B, 12C) 각각은 브러시리스 모터(20)로부터 전동자 위치 정보를 감지하고 제공받아 해당하는 모터 권선(D, E, F)을 제어한다. 펄스 폭 변조기(28) 또한 브러시리스 커뮤테이터(14)의 입력에 연결된다.

펄스 폭 변조기(28)의 입력에는 에러 증폭기(30)가 연결되어 있다. 에러 증폭기의 입력은 전류 참조 또는 요망 전류 신호(34)와 전류 감지 또는 실제 전류 신호(32)이다. 요망 전류 신호(34)와 실제 전류 신호(32) 간의 차이는 에러 증폭기(30)에 의해 결정되어 증폭된다. 에러 증폭기(30)는 브러시리스 모터에서 발생된 모터 전류의 안정성을 보장하는 주파수 보상 특성을 포함하고 적합한 이득을 제공하므로 요망 전류 모터와 실제 전류 모터 간의 차이는 모터 속력의 모든 정상 상태에 대해 작다. 이러한 차이는 에러 차 신호(35) 형식으로 에러 증폭기(30)로부터 출력된다. 에러 차 신호(35)는 펄스 폭 변조기(28)에 입력된다. 펄스 폭 변조기(28)는 도 2의 PWM 신호 36A 또는 도 3의 PWM 신호 36B 또는 도 4의 PWM 신호 36C과 같은 펄스 폭 변조(PWM) 신호(36)를 제공한다. 이러한 PWM 신호(36)는 브러시리스 커뮤테이터(14)의 입력으로 인가된다.

하부 전원 스위치(22D, 22E, 22F)는 전류 감지 저항(23)의 한 단부에 연결된다. 전류 감지 저항(23)의 타 단부는 접지(25)에 연결된다. 전류 감지 또는 실제 전류 신호(32)는 전류 감지 저항(23)에 인가될 전류 감지 전압 신호(27)로부터 유도된다. 전류 감지 전압 신호(27)는 활성 전류 감지 정류기(24)에 입력된다. 정류기(24)는 또한 펄스 폭 변조기(28)에서 PWM 신호(36)를 수신하므로 전류 감지 또는 실제 전류 신호(32)는 PWM 신호(36)의 극성에 따른 방향으로 변경되어 수행된다. 따라서, 정류기(24)는 PWM 신호(36)의 극성과 전류 감지 저항(23)에서의 전류 감지 전압 신호(27)에 근거하여 전류 감지 또는 실제 속도 전류 신호(32)를 결정하여 출력시킨다. PWM 신호(36)의 극성은 실제 전류가 브러시리스 모터(20)를 구동시킬 실제 모터 활성 방향을 결정한다.

브러시리스 커뮤테이터(14)는 브러시리스 커뮤테이터용으로 공지되어 이해되는 방식으로 전원 스위치(18D, 18E, 18F, 22D, 22E, 22F)와 브러시리스 모터(20)를 제어한다. 본원 발명은 2 개의 전원 스위치 세트를 제어함으로써 즉, 2 개 전원 스위치 한 세트가 선정되어 활성되는 동안 2 개 전원 스위치의 다른 세트를 비활성시킴으로써 브러시리스 모터(20)를 제어하는 브러시리스 커뮤테이터(14)를 설명한다. 본원 발명은 2 개 전원 스위치의 어떤 세트가 활성되며 2 개 전원 스위치의 어떤 세트들이 비활성될 것인지를 결정하여 선정하는 브러시리스 커뮤테이터(14)의 방법으로서 잘 공지되어 이해된다. 예를 들어, 브러시리스 모터(20)가 포지티브 방향으로 활성되어 권선 D와 E 사이에 포지티브 전압을 인가함으로써 모터 속력을 증가시킨다면, 상부 전원 스위치(18D) 및 하부 전원 스위치(22E)가 활성되며, 기타 스위치(18E, 18F, 22D, 22F)는 비활성된다. 한편, 브러시리스 모터(20)가 네거티브 방향으로 활성되어 권선 D와 E 사이에 네거티브 전압을 인가함으로써 모터 속력을 감소시킨다면, 상부 전원 스위치(18E) 및 하부 전원 스위치(22D)는 활성되며, 기타 스위치(18D, 18F, 22E, 22F)는 비활성된다.

이제 도면, 특히 도 2를 참조하면, PWM 신호(36A)는 요망 모터 속력이 실제 모터 속력보다 더 클 경우에 도 1의 시스템(10)에 의해 생성된 디지털 신호이다. PWM 신호(36A)는 네거티브 펄스(40) 폭보다 더 긴 포지티브 펄스(38) 폭을 갖는다. 이러한 펄스(38, 40)의 폭은 요망 모터 전류와 실제 모터 전류 사이의 에러 신호(35)에 근거하여 생성된다. 도 2에서, 요망 모터 전류는 실제 모터 전류보다더 크다. 그러므로, 전체 에러 신호(35)는 실제 모터 전류를 증가시킬 포지티브 신호이다. PWM 신호(36A)는 브러시리스 모터의 전류를 증가시킬 전원 스위치를 제어하는데 사용된다. PWM 신호(36A)는 전류 감지 전압(27)의 입력과 함께 정류기(24)에 공급된다. PWM 신호(36A)의 네거티브 펄스(40)가 브러시리스 모터(20)를 네거티브 활성 방향으로 구동시키는 반면, PWM 신호(36A)의 포지티브 펄스(38)는 브러시리스 모터(20)를 포지티브 활성 방향으로 구동시킨다. 전체의 포지티브(38) 펄스 폭이 네거티브 펄스(40) 폭보다 더 길기 때문에, 전체의 브러시리스 모터(20)는 포지티브 활성 방향 또는 모터 전류를 증가시킬 방식으로 구동될 것이다. 모터 권선(D, E, F)은 각각의 포지티브 펄스(38) 및 네거티브 펄스(40)에서의 PWM 신호(36A)의 온 타임, 오프 타임에 근거하여 포지티브 활성 및 네거티브 활성으로 연속적으로 구동되지만, 전체 브러시리스 모터(20)는 자신의 전류를 증가시키기 위해 포지티브 활성 방향으로 구동될 것이다.

이제 도면, 특히 도 3을 참고하면, PWM 신호(36B)는 요망 모터 전류가 실제 모터 전류보다 적을 경우에 시스템(10)에 의해 발생되는 디지털 신호이다. PWM 신호(36B)는 네거티브 펄스(40) 폭보다 포지티브 펄스(38) 폭이 더 짧다. 이러한 펄스(38, 40) 폭은 요망 모터 전류와 실제 모터 전류 사이의 에러 신호(35)에 근거하여 발생된다. 도 3에서, 요망 모터 전류는 실제 모터 전류보다 더 적다. 그러므로, 전체 에러 신호(35)는 실제 모터 전류를 감소시킬 네거티브 신호이다. PWM 신호(36B)는 브러시리스 모터의 전류를 감소시킬 전원 스위치를 제어하는데 사용된다. PWM 신호(36B)는 전류 감지 전압(27) 입력과 함께 정류기(24)에 공급된다. PWM신호(36B)의 네거티브 펄스(40)는 브러시리스 모터(20)를 네거티브 활성 방향으로 구동시키는 반면, PWM 신호(36B)의 포지티브 펄스(38)는 브러시리스 모터(20)를 포지티브 활성 방향으로 구동시킨다. 전체의 네거티브(40) 펄스 폭이 포지티브 펄스(38) 폭보다 더 길기 때문에, 전체의 브러시리스 모터(20)는 네거티브 활성 방향 또는 모터 전류를 감소시킬 방식으로 구동될 것이다. 모터 권선(D, E, F)은 각각의 포지티브 펄스(38) 및 네거티브 펄스(40)에서의 PWM 신호(36B)의 온 타임, 오프 타임에 근거하여 포지티브 활성 및 네거티브 활성으로 연속적으로 구동되지만, 전체 브러시리스 모터(20)는 자신의 전류를 감속시키기 위해 네거티브 방향으로 구동될 것이다.

이제 도면, 특히 도 4을 참고하면, PWM 신호(36C)는 요망 모터 전류가 실제 모터 전류와 같을 경우에 시스템(10)에 의해 생성되는 디지털 신호이다. PWM 신호(36C)는 포지티브 펄스(38) 폭이 네거티브 펄스(40) 폭과 같다. 이러한 펄스(38, 40) 폭은 요망 모터 전류와 실제 모터 전류 사이의 에러 신호(35)에 근거하여 발생된다. 도 4에서, 요망 모터 전류는 실제 모터 전류와 동일하다. 그러므로, 전체 에러 신호는 요망 모터 전류로 실제 모터 전류를 유지시킬 제로 값 신호이다. PWM 신호(36C)는 브러시리스 모터(20)의 전류를 유지시킬 전원 스위치를 제어하는데 사용된다. PWM 신호(36C)는 전류 감지 전압(27)의 입력에 따라 정류기(24)에 공급된다. PWM 신호(36C)의 네거티브 펄스(40)가 브러시리스 모터(20)를 네거티브 활성 방향으로 구동시키는 반면, PWM 신호(36C)의 포지티브 펄스(38)는 브러시리스 모터(20)를 포지티브 활성 방향으로 구동시킨다. 전체의 포지티브 펄스(38) 폭이 네거티브 펄스(40) 폭과 같기 때문에, 전체의 브러시리스 모터(20)는 모터 전류를 유지시킬 방식으로 구동될 것이다. 모터 권선(D, E, F)은 각각의 포지티브 펄스(38) 및 네거티브 펄스(40)에서의 PWM 신호(36C)의 온 타임, 오프 타임에 근거하여 포지티브 활성 및 네거티브 활성으로 연속적으로 구동되지만, 전체 브러시리스 모터(20)는 자신의 전류를 유지시킬 방식으로 구동될 것이다.

이제 도면, 특히 도 5를 참조하면, 도 5는 요망의 모터 전류와 실제의 모터 전류사이에서 비례하는 차이에 근거하여 부합하도록 브러시리스 모터(20)의 속도를 제어하는 본원 발명 시스템(10)용 알고리즘(42)의 흐름도이다. 알고리즘(42)은 블럭(44)에서 시작한다. 블럭(46)에서, 알고리즘(42)은 브러시리스 모터(20)에 인가될 실제 전압 신호(27)을 얻는다. 알고리즘(42)은 브러시리스 모터(20)의 실제 전류 신호(32)를 결정하기 위해 전류 감지 저항(23)을 사용한다. 블럭(48)에서, 알고리즘(42)은 현재의 PWM 신호(36)로부터 실제의 전류 신호(32)의 방향을 결정한다. 블럭(50)에서, 알고리즘(42)은 전류 참조 입력 신호(34)와 실제 전류 신호(32)를 비교한다. 이 두 신호값(34, 32) 간의 차이는 에러 신호(35)에서 유도되어 얻어진다. 블럭(52)에서, 에러 신호(35)는 PWM 신호(36)으로 전환되고, PWM 신호(36)은 브러시리스 커뮤테이터(14)에 공급된다. 블럭(54)에서, 브러시리스 모터(20)의 전동자 위치는 홀 센서(12A, 12B, 12C)를 사용하여 얻어진다. 이 전동자 위치는 또한 브러시리스 커뮤테이터(14)에 입력되어 브러시리스 모터(20)를 제어한다. 블록(56)에서, 브러시리스 모터(20)를 제어하기 위해서 2 개 전원 스위치 한 세트를 선정하여 활성시키며 기타 모든 전원 스위치는 비활성시키기 위해 브러시리스커뮤테이터(14)가 사용된다.

알고리즘(42)은 판단 블럭(58)으로 이동한다. 판단 블럭(58)에서, 알고리즘(42)은 PWM 신호(36)가 포지티브 값인지 결정한다, 포지티브 값이라며, 알고리즘(42)은 모터 속력을 증가시킬 포지티브 방향으로 브러시리스 모터(20)를 구동하기 위해 브러시리스 커뮤테이터(14)가 브러시리스 전원 스위치 한 세트를 선정하도록 동작하는 블럭(60)으로 이동하고 이어서 연속으로 블럭(46)을 루프백한다. PWM 신호가 포지티브 값이 아니라면, 알고리즘은 판단 블럭(62)으로 이동한다. 판단 블럭(62)에서, 알고리즘(42)은 PWM 신호(36)가 네거티브 값인지 결정한다. 네거티브 값이라면, 알고리즘(42)은 모터 속도를 감소시킬 네거티브 방향으로 브러시리스 모터(20)를 구동하기 위해 브러시리스 커뮤테이터(14)가 브러시리스 전원 스위치 중 한 세트를 선정하도록 동작하는 블럭(66)으로 이동하고 이어서 연속으로 블럭(66)을 루프백한다. PWM 신호가 네거티브 값이 아니라면, 에러 신호는 제로가 되며, 알고리즘은 블럭(66)으로 이동한다. 블럭(66)에서, 브러시리스 커뮤테이터(14)는 같은 모터 속도를 유지하기 위해 같은 방식으로 전원 스위치 한 세트를 선정하여 브러시리스 모터(20)를 구동시키도록 동작한다. 이어서, 알고리즘(42)은 연속으로 블럭(46)을 루프백한다.

본 발명은 양호한 실시예를 참조로써 설명되고 특별히 도시되었지만, 당업자라면 본 발명의 성질과 범위에서 벗어나지 않으면서도 다양한 형식과 세부 사항의 변경이 이루어짐이 이해될 것이다.

본 발명의 제1 효과는 요망 모터 속력과 실제 모터 속력간의 차이에 근거하여 부합되게 브러시리스 모터의 속력을 제어하는 시스템과 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 제2 효과는 모터의 연속적이며 반복적인 턴온과 턴오프를 요구하지는 않지만 브러시리스 모터를 연속적으로 구동시키는 PWM 신호를 사용하여 브러시리스 모터의 속력을 제어하는 시스템과 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 제3 효과는 요망 모터 속력과 실제 모터 속력간의 차이에 근거하여 부합되게 브러시리스 모터의 속력을 제어하는 PWM 신호를 사용하여 브러시리스 모터의 속력을 제어하는 시스템과 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 제4 효과는 테이프 서보 시스템과 방법으로 사용되는 브러시리스 모터의 속력을 제어하는 시스템과 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 제5 효과는 브러시리스 모터의 전동자 위치에 근거하여 브러시리스 모터의 속력을 제어하는 시스템과 방법을 제공하는 것이다.

Claims

브러시리스 모터의 모터 속력을 제어하기 위한 시스템에 있어서,

모터에 인가될 실제 모터 전류 신호를 감지하기 위해 상기 모터에 연결되는 모터 전류 센서와,

전류 요망 참조 신호와 상기 실제 모터 전류 신호에 연결되어 이 신호들을 입력으로 취하며, 상기 전류 요망 참조 신호와 상기 실제 모터 전류 신호를 비교하여 에러 신호를 발생시키는 전류 비교기와,

상기 전류 비교기에 연결되어 있으며, 펄스 폭 변조 신호를 생성하여 상기 에러 신호를 해당 펄스 폭 변조 에러 신호로 전환시키는 펄스 폭 변조기와,

상기 모터의 전동자 위치를 감지하기 위해 적어도 모터 가까이에 설치되는 전동자 위치 센서와,

상기 모터에 대한 상기 전동자 위치를 갖는 상기 전동자 위치 센서와 상기 펄스 폭 변조기에 연결되어 입력을 취하는 커뮤테이터와,

상기 커뮤테이터 출력과 상기 모터에 또한 연결되어 있으며, 상기 해당 펄스 폭 변조 에러 신호에 근거하여 각각의 전원 스위치를 활성 및 비활성시킴으로써 상기 전류 요망 참조 신호에 해당하는 요망 모터 속력에서 모터를 제어하는 전원 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 브러시리스 모터 속력 제어 시스템.
제1항에 있어서, 한 단부에는 상기 모터에 인가될 실제 전압이 연결되고, 타단부에는 접지가 연결되어 있으며, 상기 모터에 인가될 실제 모터 전류의 값을 상기 실제 전압과 결정하는 전류 감지 저항과,

상기 전류 감지 저항의 한 단부에 연결되어 입력을 취하며, 상기 펄스 폭 변조 에러 신호를 수신하여 상기 모터에 인가될 상기 실제 전류 신호에 대한 해당 방향을 결정하는 정류기를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 브러시리스 모터 속력 제어 시스템.
제1항에 있어서, 상기 전류 비교기는 상기 전류 요망 참조 신호와 상기 실제 전류 신호로부터 입력을 취하는 에러 증폭기이며, 상기 에러 증폭기는 상기 에러 신호를 생성하여 증폭시키는 것을 특징으로 하는 브러시리스 모터 속력 제어 시스템.
제1항에 있어서, 상기 브러시리스 모터는 3 개의 각각의 모터 권선을 구비하는 3 상 모터인 것을 특징으로 하는 브러시리스 모터 속력 제어 시스템.
제4항에 있어서, 상기 전동자 위치 센서는 3 개의 모터 권선에 대한 전동자 위치를 각각 감지하는 3 개의 전동자 위치 센서인 것을 특징으로 하는 브러시리스 모터 속력 제어 시스템.
제4항에 있어서, 상기 전원 스위치는 전원 스위치 3 개 세트이며 상기 3 개세트 각각은 2 개 전원 스위치를 갖고 있으므로, 상기 3 개 세트는 총 6 개의 전원 스위치를 구성하고, 상기 2 개 전원 스위치 중 하나는 상부 스위치이고 상기 2 개 스위치 중 다른 하나는 하부 스위치이며, 상기 6 개 스위치는 상기 커뮤테이터로부터 6 개의 각 출력에 연결되며 상기 3 개 세트 스위치는 3 개 모터 권선에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 브러시리스 모터 속력 제어 시스템.
제1항에 있어서, 상기 전원 스위치는 상기 에러 신호가 통상 포지티브 값을 갖을 경우 상기 모터 속력을 증가시키기 위해 더욱 포지티브 방향으로 모터를 구동시키도록 상기 커뮤테이터로써 제어되는 브러시리스 모터 속력 제어 시스템.
제1항에 있어서, 상기 전원 스위치는 상기 에러 신호가 통상 네거티브 값을 갖을 경우 상기 모터 속력을 감소시키기 위해 더욱 네거티브 방향으로 모터를 구동시키도록 상기 커뮤테이터로써 제어되는 브러시리스 모터 속력 제어 시스템.
제1항에 있어서, 상기 전원 스위치는 상기 에러 신호가 제로 값일 경우 상기 모터 속력을 동일하게 유지시키기 위해 같은 방식으로 모터를 구동시키도록 상기 커뮤테이터로써 제어되는 브러시리스 모터 속력 제어 시스템.
브러시리스 모터의 모터 속력을 제어하기 위한 방법에 있어서,

상기 모터에 인가될 실제 모터 전류 신호를 감지하는 단계와,

전류 요망 참조 신호와 상기 실제 전류 신호를 비교하는 단계와,

상기 전류 요망 참조 신호와 상기 실제 전류 신호 간의 차이에 근거하여 에러 신호를 생성하는 단계와,

상기 에러 신호를 해당 펄스 폭 변조 에러 신호로 전환시키는 단계와,

상기 모터에 대한 전동자 위치를 감지하는 단계와,

상기 전류 요망 참조 신호에 해당하는 요망 모터 속력에서 상기 모터를 제어시킬 상기 해당 펄스 폭 변조 에러 신호에 근거하여 각각의 전원 스위치의 활성 및 비활성을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 브러시리스 모터 속력 제어 방법.
제10항에 있어서, 상기 실제 모터 전류 신호를 감지하는 단계는 상기 모터에 인가될 상기 실제 모터 전류 신호를 감지하도록 상기 모터에 연결되어 있는 모터 전류 센서를 사용하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 브러시리스 모터 속력 제어 방법.
제11항에 있어서, 상기 모터 전류 센서를 사용하는 단계는

상기 모터에 인가될 실제 전압이 한 단부에 연결되고 타 단부에는 접지가 연결되며, 상기 모터에 인가될 상기 실제 모터 전류 신호 값을 상기 실제 전압과 결정하는 전류 감지 저항을 사용하는 단계와,

상기 전류 감지 저항의 한 단부에 연결되어 입력을 취하며, 펄스 폭 변조 에러 신호를 수신하여 상기 모터에 인가될 상기 실제 모터 전류 신호에 대한 해당 방향을 결정하는 정류기를 사용하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 브러시리스 모터 속력 제어 방법.
제10항에 있어서, 상기 전류 요망 참조 신호를 비교하는 단계와 에러 신호를 생성하는 단계는 상기 전류 요망 참조 신호와 상기 실제 전류 신호를 입력으로 취하며, 상기 전류 요망 참조 신호와 상기 실제 전류 신호를 비교하여 에러 신호를 생성하여 증폭시키는 에러 증폭기를 사용하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 브러시리스 모터 속력 제어 방법.
제10항에 있어서, 상기 에러 신호를 해당 펄스 폭 변조 에러 신호로 전환시키는 단계는 상기 에러 신호를 상기 해당 펄스 폭 변조 에러 신호로 전환시키는데 사용되는 펄스 폭 변조 신호를 생성하기 위해 펄스 폭 변조기를 사용하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 브러시리스 모터 속력 제어 방법.
제10항에 있어서, 상기 제어 단계는 상기 전류 요망 참조 신호에 해당하는 요망 모터 속력에서 상기 모터를 제어할 출력 신호로서 모터 스위치 제어 신호와 입력 신호로서 상기 펄스 폭 변조 에러 신호와 상기 전동자 위치를 취하는 커뮤테이터를 사용하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 브러시리스 모터 속력 제어 방법.
제10항에 있어서, 상기 브러시리스 모터는 3 개의 각각의 권선을 갖는 3 상 모터인 것을 특징으로 하는 브러시리스 모터 속력 제어 방법.
제16항에 있어서, 상기 전동자 위치를 감지하는 단계는 3 개의 모터 권선에 대한 전동자 위치를 각각 감지하도록 3 개의 전동자 위치 센서를 사용하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 브러시리스 모터 속력 제어 방법.
제16항에 있어서, 상기 각각의 전원 스위치의 활성 및 비활성을 제어하는 단계는

2 개의 전원 스위치 중 하나는 상부 스위치이고 2 개의 전원 스위치 중 다른 하나는 하부 스위치로 이루어진 2 개 전원 스위치 3 세트로 구성된 총 6 개의 전원 스위치로 구성된 전원 스위치 3 세트를 사용하는 단계와,

상기 전원 스위치 3 세트는 각각 3 개의 모터 권선에 연결되며 상기 6 개의 스위치를 전원 스위치 제어기의 각각 6 개 출력에 연결시키는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 브러시리스 모터 속력 제어 방법.
제18항에 있어서, 상기 각각의 전원 스위치의 활성 및 비활성을 제어하는 단계는 에러 신호가 통상 포지티브 값을 갖을 경우 모터 속도를 증가시키기 위해 더욱 포지티브 방향으로 상기 모터를 구동시키도록 전원 스위치의 3 세트 중 해당하는 한 세트를 선택하여 활성시키고 전원 스위치의 3 세트 중 다른 2 세트를 비활성 시키도록 제어하는 커뮤테이터를 사용하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 브러시리스 모터 속력 제어 방법.
제18항에 있어서, 상기 각각의 전원 스위치의 활성 및 비활성을 제어하는 단계는 에러 신호가 통상 네거티브 값을 갖을 경우 모터 속도를 감소시키기 위해 더욱 네거티브 방향으로 상기 모터를 구동시키도록 전원 스위치의 3 세트 중 해당하는 한 세트를 선택하여 활성시키고 전원 스위치의 3 세트 중 다른 2 세트를 비활성 시키도록 제어하는 커뮤테이터를 사용하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 브러시리스 모터 속력 제어 방법.
제18항에 있어서, 상기 각각의 전원 스위치의 활성 및 비활성을 제어하는 단계는 에러 신호가 제로 값을 갖을 경우 같은 모터 속도를 지속시키기 같은 방식으로 상기 모터를 구동시키도록 전원 스위치의 3 세트 중 해당하는 한 세트를 선택하여 활성시키고 전원 스위치의 3 세트 중 다른 2 세트를 비활성시키도록 제어하는 커뮤테이터를 사용하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 브러시리스 모터 속력 제어 방법.
제10항에 있어서, 상기 각각의 전원 스위치의 활성 및 비활성을 제어하는 단계는 에러 신호가 통상 포지티브 값을 갖을 경우 모터 속력을 증가시키기 위해 더욱 포지티브 방향으로 상기 모터를 구동시킬 각각의 전원 스위치를 제어하는 커뮤테이터를 사용하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 브러시리스 모터 속력 제어 방법.
제10항에 있어서, 상기 각각의 전원 스위치의 활성 및 비활성을 제어하는 단계는 에러 신호가 통상 네거티브 값을 갖을 경우 모터 속도를 감소시키기 위해 더욱 네거티브 방향으로 상기 모터를 구동시키도록 각각의 전원 스위치를 제어하는 커뮤테이터를 사용하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 브러시리스 모터 속력 제어 방법.
제10항에 있어서, 상기 각각의 전원 스위치의 활성 및 비활성을 제어하는 단계는 에러 신호가 제로 값일 경우 같은 모터 속력으로 유지시키기 위해 같은 방식으로 상기 모터를 구동시킬 각각의 전원 스위치를 제어하기 위해 커뮤테이터를 사용하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 브러시리스 모터 속력 제어 방법.