KR20020022040A - 무브러시 모터의 제어회로, 무센서 무브러시 모터의제어회로, 무브러시 모터장치, 무센서 무브러시 모터장치및 진공펌프장치 - Google Patents

Abstract

회전자의 회전주파수가 PLL 회로를 닫을 수 없는 저회전으로부터 고속으로 회전하는 정상 회전에 달할 때까지 그 회전자의 자극의 위치를 검출하여 모터 권선의 전류를 적절히 제어할 수 있는 무브러시 모터의 제어회로 등을 제공하는 것이다. 자극을 구비한 회전자가 회전함으로써 생기는 모터 권선의 자속 변화(자속신호)에 의해 자극의 위치를 검출함으로써 회전자의 회전에 동기한 동기신호(ROT 신호)가 생성된다. PLL 회로를 닫을 수 없는 저회전 주파수로 회전자가 회전할 때에는, 출력 가능한 구동전압벡터 중 소정의 두 개의 구동전압벡터를 사용하여 회전자를 구동하고, PLL 회로를 닫을 수 있는 회전주파수에 도달한 경우에는, 출력 가능한 구동전압벡터를 검출한 자극의 위치에 동기하여 순차 출력하여 회전자를 구동한다. 또한, 모터 권선의 인덕턴스에 의한 전압강하의 위상과 크기가 같은 두 위상간의 전압을 사용하여 자속신호를 얻는다.

Description

무브러시 모터의 제어회로, 무센서 무브러시 모터의 제어회로, 무브러시 모터장치, 무센서 무브러시 모터장치 및 진공펌프장치{CONTROL CIRCUIT OF BRUSH-LESS MOTOR, CONTROL CIRCUIT OF SENSOR-LESS BRUSH-LESS MOTOR, BRUSH-LESS MOTOR APPARATUS, SENSOR-LESS BRUSH-LESS MOTOR APPARATUS AND VACUUM PUMP APPARATUS}

본 발명은 무브러시 모터 및 그 제어회로 등에 관한 것으로, 예컨대, 자기 베어링식 터보분자펌프 등의 진공펌프나 자기 베어링 스핀들 등에 사용되는 구성에관한 것이다.

종래, 무브러시 모터의 기동은 다음과 같이 실행되었다.

무브러시 모터에는, 2극의 영구자석을 구비한 회전자와, 그 둘레에 회전자를 회전시키기 위한 자계를 생성하는 3개의 모터 위상 권선을 구비한 것이 있다.

이러한 무브러시 모터는, 자극의 위치를 검출하는 센서를 구비하지 않은 무센서 무브러시 모터 제어회로와 같이, 3개의 모터 권선 중 2개의 모터 권선에 모터 구동용 전류를 흐르게 함으로써 회전자를 회전시키고, 회전자의 회전에 의해 나머지 하나의 모터 권선에 일어난 유도 기전력으로부터 회전자의 자극의 위치가 검출되며, 이 자극의 위치에 따라 모터 권선의 전류가 순차 전환되는 구성을 하고 있다.

도 8 및 도 9를 참조하여 상기 설명한 종래의 무브러시 모터 제어회로의 일 예를 설명한다.

도 8은 3상 전파 방식의 무브러시 모터를 나타내는 개념도이다. 모터(150)는 2극의 영구자석을 구비하고 있다. 회전자 둘레에는 U상, V상 및 W상의 모터 권선(151U, 151V, 151W)이 배치된다. 이러한 모터 권선들 중 2개의 모터 권선에 전류를 흐르게 하여 여자시키고, 그 자력의 인력에 의해 회전자(150)를 회전시킨다. 이 모터 권선(151U, 151V, 151W) 중 여자된 것들은 회전자(150)의 자극의 위치에 따라 순차 전환되어 회전자(150)의 회전을 지속시킨다. 자극의 위치는 여자되지 않은 나머지 하나의 모터 권선에 유도된 전압을 검출함으로써 검출된다.

도 9에 도시한 바와 같이, 3상 전파 방식의 무브러시 모터의 모터권선(151U, 151V, 151W)으로 출력되는 구동전압벡터는 6종류이다.

U상 모터 권선에서 V상 모터 권선으로 전류를 흐르게 한 경우의 구동전압벡터는 구동전압벡터 1로, U상 모터 권선에서 W상 모터 권선으로 전류를 흐르게 한 경우의 구동전압벡터는 구동전압벡터 2로, V상 모터 권선에서 W상 모터 권선으로 전류를 흐르게 한 경우의 구동전압벡터는 구동전압벡터 3으로, V상 모터 권선에서 U상 모터 권선으로 전류를 흐르게 한 경우의 구동전압벡터는 구동전압벡터 4로, W상 모터 권선에서 U상 모터 권선으로 전류를 흐르게 한 경우의 구동전압벡터는 구동전압벡터 5로, W상 모터 권선에서 V상 모터 권선으로 전류를 흐르게 한 경우의 구동전압벡터는 구동전압벡터 6으로 정의되고, 이하, 번호로 각 구동전압벡터는 구별한다.

이러한 구동전압벡터의 번호는 도 9에 도시하고 있다.

또한, V상 모터 권선에서 W상 모터 권선으로 흐르는 전류를 V -> W 방향의 전류 등으로 설명한다.

모터의 제어회로는 검출된 자극의 위치로부터 회전자(150)의 회전에 동기하여 회전자(150)가 1회전할 때마다 펄스를 하나 발생시킨다. 이 펄스는 도시하지 않은 PLL(Phase Lock Loop) 회로에 입력되고, PLL 회로는 회전자(150)의 회전의 6배의 주기를 갖는 6개의 펄스를 발생시킨다. 이 6개의 펄스에 동기하여 상기의 6개의 구동전압벡터가 순차 전환됨으로써 회전자(150)의 회전이 지속된다. 즉, 무전도(conductless) 위상을 구성하는 모터 권선의 전압으로부터 회전자(150)의 자극의 위치가 검출되고, 이 검출된 값만큼 피드백 되면서 모터 권선(151U, 151V,151W)으로 출력되는 전압벡터를 전환한다.

한편, 이 PLL 회로를 닫기(구동시키기) 위해서는, 입력신호의 주파수가 적어도 20 ㎐ 정도가 되어야한다. 즉, 회전자(150)가 초당 20회 정도로 회전하지 않으면 PLL 회로가 작동할 수 없다.

종래에는, 모터가 기동하여 회전자(150)의 회전수가 PLL 회로를 구동시킬 수 있는 회전수로 상승할 때까지 개루프에 의해 각 구동전압벡터가 전환된다. 즉, 모터 권선(11U, 151V, 151W)에 인가된 전압벡터가 처음에는 피드백 동작을 전혀 실행하지 않으면서 거의 DC(직류)에 가깝게 저속으로 순차 전환되다가, 차츰 전환 속도가 가속되어 회전자를 끌어당겨 PLL 회로를 구동시킬 수 있는 회전수까지 가속시킨다.

이와 같이 PLL 회로를 사용하여 회전자 회전수의 곱해진 동기 펄스를 발생시켜 구동전압벡터를 전환하는 무브러시 모터의 제어회로로서, 일본 특개평 제47285/1996호의 발명이 있다. 본 발명에 따르면, 홀 센서에 의해 자극의 위치를 검출하여 구동전압벡터를 피드백 제어한다.

3개의 홀 센서가 회전자의 자극 둘레에 120°간격으로 배치되어, 모터 기동시에 회전자가 PLL 회로가 구동할 수 없는 저속으로 회전하는 경우, 이러한 3개의 홀 센서에 의한 검출신호에 의해 구동전압벡터가 제어되고, 회전자의 회전수가 PLL 회로를 구동시킬 수 있는 회전수에 도달하게 되면, 이 중 하나의 홀 센서에서 검출된 신호로부터 PLL 회로가 회전자 회전수의 3배의 주기를 갖는 곱해진 동기펄스를 생성하고, 이 곱해진 동기펄스에 의해 구동전압벡터가 전환된다.

또한, 본 기술은 홀 센서를 사용하지 않고 모터 권선에 발생하는 회전자의 회전에 의해 발생하는 역 기전압을 검출하는 것으로도 응용될 수 있다. 즉, PLL 회로를 사용하여 홀 센서가 없는 모터구동회로에 응용할 수 있다.

종래의 홀 센서리스 무브러시 모터는 다음과 같이 동작하는 제어회로에 의해 제어된다.

무센서 무브러시 모터의 제어회로는 회전자의 자극의 위치를 검출하며 모터 권선에 흐르는 전류를 피드백 제어한다. 회전자의 자극의 위치는 회전자의 회전에 의해 모터 권선에 유도된 전압, 즉, 유도 기전력을 검출함으로써 검출된다. 예를 들어, 3상 무브러시 모터의 경우, 2개의 모터 권선에 전압이 인가되고 나머지 무전도 위상에 유도된 전압이 검출된다. 또한, 이 전압에 의해 검출된 자극의 위치에 따라 전압을 인가할 2개의 모터 권선을 결정하여 전압을 인가한다. 이 때, 무전도 위상을 이루는 모터 권선의 유도 기전력이 검출되고, 그것에 의해 자극의 위치가 검출된다. 이 프로세스를 연속하여 실행함으로써 모터가 구동된다.

도 20은 종래의 무센서 무브러시 모터 제어회로의 자극위치를 검출 타이밍을 나타내는 도면이다. 파형(201a, 201b, 201c)은 특정 모터 권선에 유도된 전압의 파형도이다. 후술하는 바와 같이, 도 20(a)은 모터 권선의 전류에 의해 발생된 회전자계의 위상이 회전자 회전의 위상보다 앞선 경우를 나타내고 있고, 도 20(b)은 두 위상이 일치하는 경우를 나타내며, 도 20(c)은 상기 회전자계의 위상이 회전자의 위상보다 앞선 경우를 나타내고 있다.

허수축 중점 전위(202a, 202b, 202c)와 파형(201a, 201b, 201c)의교점(203a, 203b, 203c)을 샘플링 함으로써 자극의 위치가 검출된다.

이 제어회로는 모터 권선에 전압을 출력하는 구동모드와 전압을 모터 권선에 출력하지 않는 샘플링 모드를 갖고 있다. 도 20에 나타낸 바와 같이, 회전자 회전주기 중 2/3의 시간은 구동모드에 의해 모터 권선으로 전압이 출력되고, 나머지 1/3의 시간은 샘플링 모드에 의해 전압이 모터 권선으로 출력되지 않는다. 이것은 자극위치 검출 시에 파형(201a, 201b, 201c)에 노이즈가 중첩되는 것을 막기 위해서이다.

교점(203a, 203b, 203c)은 샘플링 모드시에 검출된다.

도 20(a)은 회전자계의 위상이 회전자 회전의 위상보다 앞선 경우를 나타내며, 교점(201a) 좌측의 파형(201a)과 허수축 중점 전위(202a)로 둘러싸인 면적이 교점(201a) 우측의 파형(201a)과 허수축 중점 전위(202a)로 둘러싸인 부분의 면적보다 작아진다. 도 20(b)은 두 위상이 일치하는 경우를 나타내며, 좌우의 상기 면적이 동일해진다. 도 20(c)은 회전자계의 위상이 회전자의 위상보다 지연된 경우를 나타내며, 교점(203c) 좌측의 상기 면적이 우측의 상기 면적보다 커진다.

종래의 제어회로는 교점(203b)과 같이 교점의 좌우측 상기 면적이 항상 동일해지는 식으로 모터 권선에 출력되는 전압을 피드백 제어한다.

또한, 종래의 무센서 무브러시 모터가 터보분자펌프와 같은 진공펌프에 적용될 때, 다음과 같은 문제가 나타난다.

터보분자펌프의 모터부는 영구자석을 구비한 회전자 축과, 이 영구자석 둘레에 소정의 간격으로 배치된 다수의 전자석으로 구성된 DC 무브러시 모터로 구성되는 경우가 있다.

그러나, 종래의 기동방법에는, 모터 권선(151U, 151V, 151W)의 구동전압벡터의 전환 속도가 급속히 증가하거나 회전자(150)의 부하가 급속히 변하는 경우, 회전자(150)가 모터 권선(151U, 151V, 151W)에 의해 발생한 자계를 따라갈 수 없어 위상을 벗어나게 되고 기동이 실패하게 되는 경우가 있다. 또한, 장시간에 걸쳐 전압벡터의 전환 속도가 점차 상승하는 경우, 회전자(150)가 PLL 회로를 닫을 수 있는 회전수에 도달하는 데에는 상당한 시간이 걸리게 된다. 또한, 모터 기동 후 회전자(150)가 PLL 회로를 닫을 수 있는 회전수에 도달하기 전에 정전 등이 발생하여 재기동이 필요하게 된 경우에는, 종래의 무센서 무브러시 모터의 제어회로에 의해 자극의 위치가 검출될 수 없기 때문에, 모터(150)를 직류 제동으로 일단 정지시킨 다음 회전자(150)를 재기동해야 한다. 특히, 터보분자펌프의 경우, 회전자(150)의 회전수가 PLL 회로를 닫을 수 있는 초당 20 회전 정도로 가속하는 데에는 1분 정도가 소요되고, 이 때문에 상기 설명한 원인에 의한 시간 손실이 막대해진다.

한편, 종래의 무센서 무브러시 모터의 제어회로에 의하면, 교점(203a, 203b, 203c)이 샘플링 모드에 들어가야 하기 때문에, 예컨대, 회전자에 부하 변동이 생겨 교점(203a, 203b, 203c)이 샘플링 모드를 벗어나게 되면, 자극의 위치가 어지러워져 위상을 벗어난 상태가 되는 경우가 있다. 또한, 회전자의 자극 검출 시에 모터 권선의 전압에 노이즈가 중첩되어 자극의 위치가 정확히 검출될 수 없게 되는 경우가 있다.

또한, 무브러시 모터의 회전자가 자기 베어링에 의해 축방향으로 지지되는경우, 예컨대, 기동시에 회전자가 직류 제동되어 자극을 소정의 위치에 설정하게 되면, 자기 베어링에는 마찰이 없기 때문에, 회전자가 소정 위치를 중심으로 진동하게 되고 그 진동이 신속히 감쇄하지 않는다는 문제가 생긴다. 또한, 회전자 축의 회전수가 PLL 회로를 닫을 수 있는 회전 주파수(단위시간당 회전자의 회전수, 이 경우에는 약 20 [㎐])에 도달할 때까지 개루프에 의해 자계가 천천히 회전하므로 기동에 시간이 걸리고, 또한, 안정 회전 시에 회전자 축의 회전수가 크게 변하여 자극의 위치가 검출될 수 없어 위상이 달라지게 되는 경우가 있다.

본 발명의 제1 목적은 종래 개루프에 의해 구동되던 초당 20 회전 이하의 저속 회전 시에도 센서를 이용하지 않고 회전자(150)의 자극위치를 검출하고 그 검출된 값을 이용하여 모터 권선에 인가된 전압벡터의 전환을 피드백 제어하는 모터의 제어회로를 제공하는 것이다.

본 발명의 제2 목적은 부하 변동 등에 의해 회전자의 회전속도가 크게 변하거나 모터 권선의 전압에 노이즈가 중첩되는 경우에도 회전자의 자극의 위치를 정확히 검출함으로써 모터 권선의 전류를 적절히 제어할 수 있는 무센서 무브러시 모터의 제어장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 제3 목적은 초당 20회전 이하의 저속 회전 시에도 회전자의 자극을 검출함으로써 자극의 전환을 피드백 제어할 수 있고, 회전자의 회전속도가 크게 변하거나 모터 권선의 전압에 노이즈가 중첩되는 경우에도 자극의 위치를 정확히 검출하여 피드백 제어를 실행할 수 있는 무센서 무브러시 모터 제어회로, 무센서무브러시 모터장치 및 진공펌프장치를 제공하는 것이다.

상기 제1 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 측면에 의하면, 무브러시 모터 제어회로에 있어서, 자극을 구비한 회전자, 상기 회전자를 회전시키기 위한 적어도 두 개의 모터 권선을 포함하는 제1 모터 권선, 상기 회전자의 위치를 검출하기 위한 적어도 하나의 모터 권선을 포함하는 제2 모터 권선, 상기 제1 모터 권선에 전류를 흐르게 함으로써 상기 회전자를 회전시키는 회전자 회전수단, 상기 제2 모터 권선에 유도된 전압을 획득하는 전압 획득수단, 상기 전압 획득수단에 의해 획득된 전압으로부터 상기 자극의 자극위치를 획득하는 자극위치 획득수단, 및 상기 자극위치 획득수단에 의해 획득된 상기 자극위치에 따라 상기 제1 모터 권선에 의한 자계의 방향이 변하도록 상기 전류를 전환시키는 전류 전환수단을 포함하는 무브러시 모터 제어회로가 제공된다(제1 구성).

상기 제1 구성에 의하면, 회전자를 회전시키는 전류가 흐르지 않게 한 제2 모터 권선에 유도된 전압을 검출함으로써 자극의 위치가 획득되기 때문에, 자극의 위치를 검출하는 센서를 사용하지 않고 회전자에 의해 작용하는 자계를 피드백 제어할 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 측면에 의하면, 상기 제1 목적을 달성하기 위해, 무브러시 모터 제어회로에 있어서, 자극을 구비한 회전자, 상기 회전자를 회전시키기 위한 복수의 모터 권선, 상기 복수의 모터 권선들의 인덕턴스들에 의한 전압강하의 위상 및 크기들은 서로 동일한 것으로, 상기 복수의 모터 권선에서 적어도 두 개의 모터에 전류를 흐르게 함으로써 상기 회전자를 회전시키는 회전자 회전수단, 상기전압강하의 위상 및 크기가 동일한 상기 두 개의 모터 권선에 작용하는 전압 간 차를 획득하는 전압차 획득수단, 상기 전압차 획득수단에 의해 획득된 전압 간 차로부터 상기 자극의 위치를 획득하는 자극위치 획득수단, 및 상기 자극위치 획득수단에 의해 획득된 자극위치에 따라 상기 전류를 전환시키는 권선전류 전환수단을 포함하는 무브러시 모터 제어회로가 제공된다(제2 구성).

상기 제2 구성에 의하면, 구동전압벡터를 출력하는 모터 권선의 전압을 모니터 함으로써 자극의 위치가 획득된다. 구동전압벡터가 적절하게 선택되면, 모터 권선들에 나타나는 인덕턴스들에 의한 전압강하가 두 모터 권선간에 동등해질 수 있다. 이러한 전압 간 차를 구함으로써 상기 전압강하가 제거될 수 있고 그 신호로부터 자극의 위치가 획득될 수 있다. 또한, 이 자극위치로부터 구동전압벡터가 피드백 제어될 수 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 상기 제1 목적을 달성하기 위해, 상기 제1 구성의 전압 획득수단에 의해 획득된 전압에 중첩된 전기 노이즈를 제거하기 위한 적분기를 더 포함하는 브러시리스 모터 제어회로(제3 구성) 및 상기 제2 구성의 전압차 획득수단에 의해 획득된 전압 간 차에 중첩된 전기적 노이즈를 제거하기 위한 직류차단필터와 적분기를 더 포함하는 무브러시 모터 제어회로(제4 구성)가 제공된다.

상기 제3 구성에서의 전압 획득수단의 전압과 상기 제4 구성에서의 전압차 획득수단에 의한 전압차를 적분기로 적분하여 노이즈를 약화시킴으로써, 노이즈에 중첩된 신호가 검출될 수 있다. 또한, 상기 직류차단필터는 상기 적분기의 입력 측에 직렬로 접속되어 상기 적분기에 입력되는 신호의 직류 성분을 차단하여 상기 적분기에 입력되는 신호의 직류 성분이 적분되는 것을 막는다.

또한, 본 발명의 다른 측면에 의하면, 상기 제1 목적을 달성하기 위해, 상기 제1 구성 내지 상기 제4 구성 중 어느 한 구성에 따른 무브러시 모터의 제어회로에 있어서, 상기 회전자의 자극위치를 검출하는 센서, 상기 센서에 의해 검출된 자극위치로부터 상기 회전자의 회전수를 검출하는 회전수 검출수단, 및 상기 회전수 검출수단에 의해 검출된 회전수가 소정의 회전수 이상인지 여부를 판정하는 회전수 판정수단을 포함하고, 상기 회전수가 상기 소정의 회전수 이상일 때, 상기 복수의 모터 권선의 전류들은 상기 센서에 의해 검출된 자극위치에 따라 전환되며, 상기 회전수 검출수단에 의해 검출된 회전수가 상기 소정의 회전수 미만일 때, 상기 모터 권선의 전류들은 상기 자극위치 획득수단에 의해 획득된 자극위치에 따라 전환되는 무브러시 모터 제어회로가 제공된다.

상기 제어회로에 따르면, 상기 제1 구성 내지 상기 제4 구성의 제어회로에 의해, 회전자가 기동하여 회전수가 소정의 값에 도달할 때, 모터는 안정상태 동작으로 순조롭게 이행할 수 있다. 또한, 소정의 회전수 이상인 경우에는, 자극위치를 검출하는 센서가 사용되기 때문에 무센서 모터를 구동하는 경우보다 회로 구성이 간단해진다.

또한, 본 발명에 의하면, 상기 회전자가 자기 베어링에 의해 축방향으로 지지될 때, 상기 자기 베어링 축의 위치의 변위신호를 샘플링할 때에는, 상기 모터 권선의 전류들을 차단하거나 전류들을 전환함으로써 샘플링 신호에 중첩된 노이즈가 감소될 수 있다.

이 때문에, 자기 베어링 축의 검출 위치의 오차가 감소될 수 있고 자기 베어링으로부터의 이상음이나 진동이 발생하는 것을 억제할 수 있다.

또한, 상기 회전자의 회전수가 소정의 값을 초과하는 경우에는, PLL 회로를 이용하여 모터 구동 펄스를 발생하는 모터 구동 방식으로 모터를 전환함으로써 동작이 정상 동작으로 전환될 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 의하면, 상기 제2 목적을 달성하기 위해, 무센서 무브러시 모터의 제어회로에 있어서, 자극을 구비한 회전자, 상기 회전자를 회전시키기 위한 복수의 모터 권선, 상기 복수의 모터 권선에 전류를 공급하기 위한 전류 공급수단, 상기 자극에 의해 상기 모터 권선들 중 적어도 하나의 권선의 인터링크 자속을 획득하기 위한 자속 획득수단, 및 상기 자속 획득수단에 의해 획득된 상기 인터링크 자속의 변화로부터 자극의 위치를 획득하기 위한 자극위치 획득수단을 포함하고, 상기 전류 공급수단은 상기 자극위치 획득수단에 의해 획득된 상기 자극의 위치에 의거하여 상기 모터 권선의 전류를 전환시키는 무센서 무브러시 모터 제어회로가 제공된다(제5 구성).

또한, 제5 구성의 변형으로서, 상기 자속 획득수단은 상기 자극에 의해 상기 모터 권선 중 두 개 모터 권선의 인터링크 자속의 차를 획득하도록 구성될 수도 있다.

본 발명의 측면의 무센서 무브러시 모터 제어회로에 의하면, 회전자의 자극의 회전 위치가 모터 구동중에 언제든지 획득될 수 있기 때문에, 회전자의 회전수가 모터의 부하 변동에 의해 크게 변하더라도, 모터 권선의 전류를 적절히 제어할 수 있다.

또한, 상기 제5 구성에 따른 자속 획득수단은, 상기 모터 권선 중 소정의 두 개의 모터 권선의 케이블간 전압을 획득하기 위한 제1 획득수단, 상기 소정의 두 개의 모터 권선의 저항들과, 상기 전류 공급수단을 구성하는 전원장치와 상기 모터 권선을 연결하는 케이블들의 저항들과의 합성저항에 의한 전압강하를 획득하기 위한 제2 획득수단, 상기 소정의 두 개의 모터 권선의 전류들 간 차에 상기 소정의 두 개의 모터 권선의 인덕턴스의 값들을 곱한 값을 획득하기 위한 제3 획득수단, 상기 제1 획득수단에 의해 획득된 값에서, 상기 제2 획득수단에 의해 획득된 값을 감산하여 이를 적분하는 적분값 획득수단, 및 상기 적분값 획득수단에 의해 획득된 값에서, 상기 제3 획득수단에 의해 획득된 값을 감산하는 감산수단을 포함할 수 있다(제6 구성).

또한, 상기 제6 구성의 변형으로서, 상기 제5 구성에 따른 자속 획득수단은, 상기 소정의 두 개의 모터 권선의 케이블간 전압을 시간에 관하여 적분하여 나온 값을 획득하는 제1 적분값 획득수단, 상기 소정의 두 개의 모터 권선의 저항들과, 상기 전류 공급수단을 구성하는 전원장치와 상기 모터 권선을 연결하는 케이블들의 저항들과의 합성저항에 의한 전압강하를 시간에 관하여 적분하여 나온 값을 획득하는 제2 적분값 획득수단, 상기 소정의 두 개의 모터 권선의 인덕턴스에 의한 전압강하를 시간에 관하여 적분하여 나온 값을 획득하는 제3 적분값 획득수단, 및 상기 제1 적분값 획득수단에 의해 획득된 값에서, 상기 제2 적분값 획득수단에 의해 획득된 값과 상기 제3 적분값 획득수단에 의해 획득된 값을 감산하는 감산수단을 포함할 수 있다.

상기 제6 구성 및 상기 제6 구성의 변형에 의하면, 적분값이 획득될 때, 적분기를 사용함으로써 신호가 적분되기 때문에, 해당 신호에 중첩된 노이즈가 상쇄되어 노이즈가 적은 신호가 제공될 수 있다. 따라서, 모터 구동중에 회전자의 회전이 감시될 수 있다.

또한, 상기 제6 구성에 사용되는 합성저항의 값은 상기 두 개의 소정의 모터 권선에 직류를 공급하는 직류 공급수단, 및 상기 케이블간 전압값을 상기 직류전류의 전류값으로 나누어, 상기 합성저항의 값을 산출하는 제1 산출수단을 포함하는 합성 저항값 획득수단에 의해 획득될 수 있다.

이 방법은, 예컨대, 모터 기동 전에 상기 소정의 두 개의 모터 권선에 직류를 전도함으로써 실행된다.

또한, 상기 제6 구성에 사용되는 인덕턴스는, 고주파 전류를 상기 두 개의 소정의 모터 권선에 공급하는 고주파 전류 공급수단, 상기 고주파 전류가 상기 두 개의 모터 권선에 공급되었을 때 이 두 개의 모터 권선의 케이블간 전압값을 획득하는 케이블간 전압값 획득수단, 및 상기 케이블간 전압값을 상기 고주파 전류들의 전류값들, 상기 고주파 전류의 주파수들 및 소정의 정수로 나눈 값을 획득하는 제2 산출수단을 포함하는 인덕턴스 획득수단에 의해 획득될 수 있다.

이 방법은, 예컨대, 모터 기동 전에 상기 회전자가 따라갈 수 없는 정도의 고주파 전류를 상기 소정의 두 개의 모터 권선에 전도함으로써 실행될 수 있다. 상기 소정의 값은 2π이다.

또한, 상기 제6 구성에 사용되는 인덕턴스는 인덕턴스 획득수단에 의해 획득될 수 있으며, 상기 인덕턴스 획득수단은, 개루프에 의해 상기 모터 권선의 전류들을 전환시킴으로써 상기 회전자를 회전시키는 회전자 회전수단, 상기 모터 권선의 전류들을 전환시키기 전후에 상기 제1 적분값 획득수단에 의해 획득된 적분값들을 샘플링 하는 샘플링 수단, 상기 두 개의 소정의 모터 권선에 공급된 전류들의 값의 피크값들을 획득하는 전류 피크값 획득수단, 및 상기 샘플링 수단에 의해 획득된 전류들을 전환시키기 전후에 상기 제1 적분값들 간 차이의 절대값을, 상기 전류 피크값 획득수단에 의해 획득된 전류 피크값들로 나누는 제3 산출수단을 포함한다.

이 방법에 의하면, 회전자는 어느 정도의 회전수로 개루프에 의해 회전되며, 그 때, 모터 구동 전류 전환시에 상기 제1 적분수단에 의해 발생한 파형에 나타나는 단차의 크기에 의해 인덕턴스가 산출된다.

또한, 상기 제5 구성 또는 상기 제6 구성에 사용되는 합성저항과 인덕턴스는, 상기 저항값의 상정값과 상기 인덕턴스의 상정값을 사용하여 상기 두 개의 소정의 모터 권선의 인터링크 자속들을 획득하는 상정자속 획득수단, 및 상기 회전자 회전수단에 의해 소정의 각속도로 회전자가 회전될 때 상기 두 개의 소정의 모터 권선의 케이블간 전압값과, 상기 모터 권선의 전류 공급이 정지되고 상기 회전자가 상기 소정의 각속도에 의해 자유롭게 회전될 때 상기 두 개의 소정의 모터 권선의 케이블간 전압들과, 상기 전류의 공급이 정지될 때 상기 상정자속 획득수단에 의해 제공되는 신호와, 상기 전류의 공급이 재개될 때 상기 상정자속 획득수단에 의해제공되는 신호의 위상차로부터, 저항값의 상정값과 인덕턴스의 상정값을 보정하는 보정수단을 제공함으로써 획득될 수 있다.

최초에 상정 합성저항의 값과 인덕턴스들에 의해 상기 모터 권선에 발생하는 인터링크 자속은 산출되고, 그것에 의해 상기 상정 합성저항의 값과 인덕턴스들이 보정된다. 상기 과정을 여러 번 반복함으로써, 연속해서 보정되는 상정 합성저항의 값과 인덕턴스들이 참값에 가까워진다.

또한, 본 발명의 다른 측면에 의하면, 상기 제3 목적을 달성하기 위해, 무센서 무브러시 모터 제어회로에 있어서, 모터 권선들의 인덕턴스들에 의한 전압강하의 위상 및 크기들이 서로 동일한 것으로, 자극을 구비한 회전자를 회전시키는 복수의 상기 모터 권선들에서 소정의 두 개의 위상들 간 전압차를 적분함으로써 자속신호를 획득하는 자속신호 획득수단, 상기 자속신호 획득수단에 의해 획득된 상기 자속신호로부터, 출력 가능한 구동전압벡터들의 일부를 구성하는 구동전압벡터의 구동 타이밍을 획득하는 제1 구동 타이밍 획득수단, 상기 제1 구동 타이밍에 의해 획득된 상기 구동 타이밍에 동기하여 상기 구동 전압벡터의 일부를 출력하는 제1 구동전압벡터 출력수단, 상기 자속신호 획득수단에 의해 획득된 자속신호로부터 제공된 타이밍을 곱함으로써 출력 가능한 구동전압벡터들의 출력 타이밍들을 획득하는 제2 구동 타이밍 획득수단, 상기 제2 구동 타이밍 획득수단에 의해 획득된 구동 타이밍에 동기하여 상기 출력 가능 구동전압벡터들을 출력하는 제2 구동전압벡터 출력수단, 및 상기 제1 구동전압벡터 출력수단 및 상기 제2 구동전압벡터 출력수단을 선택하기 위한 선택수단을 포함하는 무센서 무브러시 모터 제어회로가제공된다(제7 구성).

또한, 본 발명의 다른 측면에 의하면, 상기 제3 목적을 달성하기 위해, 무센서 무브러시 모터 제어회로에 있어서, 자극을 구비한 회전자를 회전시키는 복수의 모터 권선에 전류를 공급하는 전류 공급수단, 상기 모터 권선들의 인덕턴스들에 의한 전압강하의 위상 및 크기들이 서로 동일한 것으로, 상기 복수의 모터 권선들에서 소정의 두 개의 모터 권선의 케이블간 전압을, 케이블간 전압획득수단에 의해 획득된 케이블간 전압으로부터 획득하는 케이블간 전압 획득수단, 상기 소정의 두 개의 모터 권선의 저항들과, 상기 전류 공급수단을 구성하는 전원장치와 및 상기 모터 권선을 연결하는 케이블들의 저항들과의 합성저항에 의한 전압변화를, 상기 케이블간 전압 획득수단에 의해 획득된 케이블간 전압으로부터 보정하는 저항량 보정수단, 상기 저항량 보정수단에 의해 보정된 케이블간 전압을 적분함으로써 자속신호를 획득하는 자속신호 획득수단, 상기 자속신호 획득수단에 의해 획득된 자속신호 중에서 상기 소정의 두 개의 모터 권선의 리액턴스로 변화량을 보정하는 리액턴스량 보정수단, 상기 리액턴스량 보정수단에 의해 보정된 상기 자속신호로부터 자극의 위치를 획득하는 자극위치 획득수단, 및 상기 저항량 보정수단과 리액턴스량 보정수단에서 적어도 리액턴스량 보정수단을 무효화시켜 자속신호 보정이 방지되게 하는 보정 무효화 수단을 포함하며, 상기 회전의 회전수가 소정의 회전 이하일 때, 적어도 리액턴스량 보정수단은 보정 무효화 수단에 의해 무효로 되고, 상기 전류 공급수단은 상기 자극위치 획득수단에 의해 획득된 자극의 위치들에 의거하여 소정의 두 개의 모터 권선에 흐르는 전류를 전환시키는 제1 모드에 의해 상기 소정의 두 개의 모터 권선에 전류들을 공급하며, 상기 회전자의 회전수가 소정의 회전보다 클 때, 전류는 상기 보정 무효화 수단을 사용하지 않고, 상기 자극위치 검출수단에 의해 획득된 자극의 위치에 의거하여 상기 모터 권선의 전류들을 전환시키는 제2 모드에 의해 모터 권선에 공급되는 무센서 무브러시 모터 제어회로가 제공된다(제8 구성).

상기 제8 구성에 있어서, 상기 전류 공급수단은 모드가 상기 제1 모드에서 상기 제2 모드로 전환될 때 소정의 시간 동안 소정의 순서에 따라 복수의 모터 권선에 작은 전류들이 흐르게 하는 구성이 된다(제9 구성).

상기 제7 구성 또는 상기 제8 구성은, 제1 차단 주파수와 이 제1 차단 주파수보다 큰 주파수의 제2 차단 주파수를 전환시킬 수 있는 것으로, 상기 자속신호에 중첩된 직류 성분을 제거하는 직류 차단수단, 및 상기 직류 차단수단의 상기 제1 차단 주파수와 상기 제2 차단 주파수를 전환시키는 전환수단을 포함하도록 구성될 수 있다(제10 구성).

상기 제10 구성에 있어서, 상기 전환수단은 상기 회전자가 기동되었을 때 소정의 시간 동안 상기 직류 차단수단의 차단 주파수를 제1 차단 주파수로 설정하고, 상기 소정의 시간이 경과되었을 때 상기 직류 차단 수단의 차단 주파수를 제2 주파수로 전환시키는 구성으로 구성될 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 측면에 의하면, 상기 제3 목적을 달성하기 위해, 무브러시 모터 장치에 있어서, 자극을 구비한 회전자, 상기 회전자를 회전시키기 위한 적어도 두 개의 모터 권선을 포함하는 제1 권선, 및 상기 회전자의 위치를 검출하기 위한 적어도 하나의 모터 권선을 포함하는 제2 모터 권선을 포함하는 모터부, 상기 제1 모터 권선에 전류를 흐르게 함으로써 상기 회전자를 회전시키는 회전자 회전수단, 상기 제2 모터 권선에 유도된 전압을 획득하는 전압 획득수단, 상기 전압 획득수단에 의해 획득된 전압으로부터 상기 자극의 위치를 획득하는 자극위치 획득수단, 및 상기 자극위치 획득수단에 의해 획득된 상기 자극위치에 따라 상기 제1 모터 권선에 의한 자계의 방향이 변화되게 전류를 전환시키는 전류 전환수단을 포함하는 제어부를 포함하는 무브러시 모터 장치가 제공된다(제11 구성).

또한, 본 발명의 다른 측면에 의하면, 상기 제3 목적을 달성하기 위해, 무브러시 모터 장치에 있어서, 자극을 구비한 회전자, 및 상기 회전자를 회전시키기 위한 복수의 모터 권선을 포함하는 모터부, 상기 모터 권선들의 인덕턴스들에 의한 전압강하의 위상 및 크기들은 서로 동일한 것으로, 상기 복수의 모터 권선에서 적어도 두 개의 모터에 전류를 흐르게 함으로써 상기 회전자를 회전시키는 회전자 회전수단, 상기 전압강하의 위상 및 크기가 동일한 상기 두 개의 모터 권선에 작용하는 전압 간 차를 획득하는 전압차 획득수단, 상기 전압차 획득수단에 의해 획득된 전압 간 차로부터 자극의 위치를 획득하는 자극위치 획득수단, 및 상기 자극위치 획득수단에 의해 획득된 상기 자극위치에 따라 전류를 전환시키는 권선전류 전환수단을 포함하는 제어부를 포함하는 무브러시 모터 장치가 제공된다(제12 구성).

또한, 본 발명의 다른 측면에 의하면, 상기 제3 목적을 달성하기 위해, 무센서 무브러시 모터 장치에 있어서, 자극을 구비한 회전자, 및 상기 회전자를 회전시키기 위한 복수의 모터 권선을 포함하는 모터부, 상기 복수의 모터 권선에 전류를공급하는 전류 공급수단, 상기 자극에 의해 상기 모터 권선들 중 적어도 하나의 권선의 인터링크 자속을 획득하는 자속 획득수단, 및 상기 자속 획득수단에 의해 획득된 상기 인터링크 자속의 변화로부터 자극의 위치를 획득하는 자극위치 획득수단을 포함하고, 상기 전류 공급수단은 상기 자극위치 획득수단에 의해 획득된 자극의 위치에 의거하여 상기 모터 권선의 전류를 전환시키는 제어부를 포함하는 무센서 무브러시 모터 장치가 제공된다(제13 구성).

또한, 본 발명의 다른 측면에 의하면, 상기 제3 목적을 달성하기 위해, 무센서 무브러시 모터 장치에 있어서, 자극을 구비한 회전자, 모터 권선들의 인덕턴스들에 의한 전압강하의 위상 및 크기들이 서로 동일한 것으로, 복수의 상기 모터 권선들에서 소정의 두 개의 위상들 간 전압차를 적분함으로써 자속신호를 획득하는 자속신호 획득수단, 상기 자속신호 획득수단에 의해 획득된 상기 자속신호로부터, 출력 가능한 구동전압벡터들의 일부를 구성하는 구동전압벡터의 구동 타이밍을 획득하는 제1 구동 타이밍 획득수단, 상기 제1 구동 타이밍에 의해 획득된 상기 구동 타이밍에 동기하여 상기 구동 전압벡터의 일부를 출력하는 제1 구동전압벡터 출력수단, 상기 자속신호 획득수단에 의해 획득된 자속신호로부터 제공된 타이밍을 곱함으로써 출력 가능한 구동전압벡터들의 출력 타이밍들을 획득하는 제2 구동 타이밍 획득수단, 상기 제2 구동 타이밍 획득수단에 의해 획득된 구동 타이밍에 동기하여 상기 출력 가능 구동전압벡터들을 출력하는 제2 구동전압벡터 출력수단, 및 상기 제1 구동전압벡터 출력수단 및 상기 제2 구동전압벡터 출력수단을 선택하는 선택수단을 포함하는 무센서 무브러시 모터 장치가 제공된다(제14 구성).

또한, 본 발명의 다른 측면에 의하면, 상기 제3 목적을 달성하기 위해, 진공펌프 장치에 있어서, 일 단부가 흡기구로 형성되어 있고 타단부가 배기구로 형성된 외부 부재, 상기 외부 부재 내측에 자기 베어링 혹은 기계식 베어링에 의해 회전 가능하게 축방향으로 지지되는 회전자, 상기 회전자를 회전시키는 모터, 및 상기 외부 부재의 내측에 배열된 고정자를 포함하고, 상기 모터는 제11 구성 혹은 제12 구성에 따른 무브러시 모터 장치 혹은 제13 구성 혹은 제14 구성에 따른 무센서 무브러시 모터 장치로 구성되는 진공펌프 장치가 제공된다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 무브러시 모터의 제어회로를 나타내는 블록도이다.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 무브러시 모터의 제어회로의 파형도이다.

도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 무브러시 모터의 제어회로를 나타내는 블록도이다.

도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 무브러시 모터의 제어회로의 파형도이다.

도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 무브러시 모터의 제어회로의 블록도이다.

도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 무브러시 모터의 제어회로의 파형도이다.

도 7은 위상차(Y), 구동전압벡터 및 위상 지연량(D) 사이의 관계를 나타내는표이다.

도 8은 무브러시 모터의 구조를 나타내는 도면이다.

도 9는 구동전압벡터를 나타내는 도면이다.

도 10은 모터 권선의 저항값과 인덕턴스 및 접속 케이블의 저항값을 나타내는 도면이다.

도 11은 제4 실시예에 따른 제어회로를 나타내는 블록도이다.

도 12는 회로를 사용하여 모터가 회전될 때의 모터 권선의 전류 및 전압, 자속 추정 신호(Φu-v), ROT 신호 등의 파형을 나타내는 파형도이다.

도 13은 제5 실시예에 따른 제어회로의 구성을 나타내는 블록도이다.

도 14는 제6 실시예에 따른 제어회로의 구성을 나타내는 블록도이다.

도 15는 제7 실시예에 따른 제어회로의 구성을 나타내는 블록도이다.

도 16은 제8 실시예에 따른 제어회로의 구성을 나타내는 블록도이다.

도 17은 제8 실시예의 모터 전압 등의 관계를 나타내는 벡터도이다.

도 18은 도 17에 나타낸 벡터를 적분하여 제공되는 벡터들 사이의 관계를 나타내는 벡터도이다.

도 19는 제8 실시예에 따라 회전자가 자유롭게 구동되는 경우와 회전자에 구동전압이 공급되는 경우의 ROT 신호의 이동을 나타내는 도면이다.

도 20은 종래의 무센서 무브러시 모터에 있어서 회전자의 자극의 위치를 검출하는 타이밍을 나타내는 도면이다.

도 21은 제9 실시예에 따른 제어회로의 구성을 나타내는 도면이다.

도 22는 본 실시예에 따른 제어회로의 구동모드와 회전자의 회전수 사이의 관계를 나타내는 블록도이다.

도 23은 구동전압벡터의 번호, 모터 권선에 흐르는 전류의 방향 및 ON이 된 트랜지스터 사이의 관계를 나타내는 도면이다.

도 24a는 자계에 의해 회전자를 가속시키는 경우를 나타내고, 도 24b는 자계에 의해 회전자를 감속시키는 경우를 나타낸다.

도 25는 제9 실시예의 변형예에 따른 제어회로의 구성을 나타내는 도면이다.

도 26a는 차분 증폭기(8)로부터 출력되는 직류성분을 나타내고, 도 26b는 승산기(10)의 출력이 무효가 될 경우에 직류차단필터(2)로부터 출력되는 직류성분을 나타내며, 도 26c는 승산기(10)로부터 소정의 신호가 출력될 경우에 직류차단필터(2)로부터 출력되는 직류성분을 나타낸다.

도 27은 휴지기를 통해 모드가 2상 감속모드에서 3상 가속모드로 전환될 때의 차분 증폭기의 신호의 직류성분, 자속 추정신호 및 W상의 전류의 변화를 나타내는 도면이다.

도 28은 모터 권선에 작은 전류가 전도되어 모드가 2상 모드에서 3상 모드로 전환될 때의 차분 증폭기, 자속 추정신호 및 W상의 전류의 변화를 나타내는 도면이다.

도 29a는 가변 차단 주파수를 갖는 고대역통과필터에 의해 차단 주파수가 f1과 f2로 설정될 경우의 주파수 특성을 나타내고, 도 29b는 적분기의 주파수 특성을 나타내며, 도 29c는 직류차단필터와 적분기가 조합된 회로의 주파수 특성을 나타낸다.

도 30은 제9 실시예의 변형예 3에 따른 제어회로의 구성을 나타내는 도면이다.

도 31은 터보 분자펌프의 단면도의 예를 나타낸다.

도 32는 모터부분의 단면을 나타내는 개략도이다.

도 33은 외부 회전자형 모터의 구성예를 나타내는 도면이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 적분기 2, 28 직류차단필터

3U, 3V, 3W 접속 케이블 4 비교기

5 모터 6 회전자

7U, 7V, 7W 모터 권선 8, 9 차분 증폭기

10, 12 승산기 11, 13 가산기

16 PLL 회로 17 모터구동 제어회로

19 구동제어회로 22, 23, 24 저대역통과필터

26 샘플링 회로 30 마이크로컴퓨터

(제1 실시예)

이하, 도 1과 도2를 참조하여 본 발명에 따른 무브러시 모터의 제어회로의 제1 실시예를 설명한다. 도 1은 제1 실시예에 따른 무브러시 모터 제어회로의 주요 구성을 나타내는 도면이다.

본 실시예에 따른 제어회로(141)는, 2극의 영구자석을 구비한 회전자(112) 및 회전자(112)를 회전시키기 위해 스타형으로 접속된 모터 권선(107U, 107V, 107W)으로 이루어진 모터(105), 이러한 모터 권선(107U, 107V, 107W)에 전류를 공급하는 모터 구동 제어회로(115), 모터 구동 제어회로를 제어하는 마이크로컴퓨터(130) 및 별형으로 접속되어 각각 같은 저항값을 갖는 저항(108U, 108V, 108W)을 구비한다.

도 1에서는 편의상 각각의 모터 권선(107U, 107V, 107W)과 회전자(112)를 분리하여 도시하였지만, 실제로 모터 권선(7)은 회전자(112)의 외주부에 배치된다.

모터구동회로(115)는 직류 전원(116)과 3상 브릿지를 구성하는 6개의 트랜지스터(121a, 121b, 121c, 121d, 121e, 121f)를 구비한다. 각각의 트랜지스터(121a, 121b, 121c, 121d, 121e, 121f)의 베이스는 마이크로컴퓨터(130)에 각각 접속된다. 각각의 트랜지스터(121a, 121b, 121c, 121d, 121e, 121f)는 마이크로컴퓨터(130)로부터의 게이트 구동펄스에 의해 ON/OFF 되고, 모터 권선(107U, 107V, 107W)에 소정의 전류를 공급한다.

모터구동회로(115)는 마이크로컴퓨터(130)에 의해 제어되어 모터 권선(107U, 107V, 107W)에 소정의 전류를 공급한다.

저항(108U, 108V, 108W)은 각각 모터 권선(107U, 107V, 107W)에 접속된다. 도 1에 도시한 바와 같이, 저항(108U, 108V, 108W)과 모터 권선(107U, 107V, 107W)은 대칭형으로 배선되고, 저항(108U, 108V, 108W)의 중점(110)의 전위는 모터 권선(7)의 중점(109) 전위와 동일하다.

제어회로(141)는 차분 증폭기(103), 직류차단필터(102), 적분기(101) 및 비교기(104)를 더 구비한다.

차분 증폭기(103)는 저항(108U, 108V, 108W)의 중점(110)과 저항(108U)에 접속되어 저항(108U) 양단의 전위차, 즉, 저항(108U)에 나타나는 전압을 출력한다. 이 경우, 중점(109)과 중점(110)의 전위는 동일하고, 또한, 후술하는 바와 같이, 모터 권선(107U)에는 회전자(112)를 구동하기 위한 전류가 흐르게 않게 되어, 차분 증폭기(103)로부터 출력되는 전압은 회전자(112)의 회전에 의해 모터 권선(107U)에 유도된 전압과 동일해진다. 이하, 중점(109)을 기준으로 하는 V상의 전위는 Vu-n으로 표시된다. u는 U상 단자를 가리키고 n은 중점(109)을 나타낸다.

본 실시예에 의하면, 회전자(112)는 구동전압벡터(3, 6)를 교대로 출력함으로서 회전된다. 즉, V →W 방향과 W →V 방향으로 모터 권선(107V, 107W)에 전류가 교대로 흐르게 되고 모터 권선(107U)은 무전도 위상이 된다. 회전자(112)가 회전할 때, 모터 권선(107U)에는 회전자(112)의 회전에 의해 유도 기전력이 발생한다. 이 전압은 회전자(112)의 회전에 따라 사인곡선을 그리고 이 사인곡선의 위상과 회전자(112)의 자극의 위치 사이에는 대응관계가 있다. 또한, 전술한 바와 같이, 모터 권선(107U)에서 발생한 전압과 저항(108U)에서 발생한 전압이 동일하기 때문에, 저항(108U)에서 발생한 전압은 차분 증폭기(103)에 의해 검출되고, 신호를 적절히 처리함으로써 회전자(112)의 위치가 검출될 수 있다.

차분 증폭기(103)의 (-) 단자를 중점(110)이 아닌 모터(105)의 중점(109)에 직접 접속해도 모터 권선(107U)에서 발생한 전압을 검출할 수 있지만, 모터의 구조상 차분 증폭기(103)의 단자를 중점(109)에 접속할 수 없기 때문에, 저항(108)에 의해 간접적으로 유도 기전력을 검출하는 방법이 채용되었다.

직류차단필터(102)는 차분 증폭기(103)로부터 모터 권선(107U)에 유도된 유도 기전력의 직류 성분을 차단한다. 이는 차분 증폭기(103)의 출력에 직류 성분이 유도될 때, 적분기(101)가 그 직류 성분을 적분하기 때문에 직류 성분이 직류차단필터(102)에 의해 미리 제거되기 때문이다. 직류차단필터(102)는 고대역통과필터를 사용하여 실현될 수도 있다.

적분기(101)는 직류 성분이 제거된 차분 증폭기(103)의 출력을 적분하고 차분 증폭기(103)의 출력에 중첩된 노이즈를 제거한다. 모터가 작동할 때, 각종 전기적 노이즈가 발생한다. 차분 증폭기(103)에 의해 제공되는 신호에 노이즈가 중첩되면 이 신호를 제대로 사용할 수 없게 된다. 노이즈가 중첩된 신호가 적분기(101)에 의해 적분되면, 노이즈가 평균화되어 노이즈에 중첩된 신호만을 얻을 수 있다.

이는 신호에 중첩된 노이즈는 신호에 대하여 양과 음으로 거의 같은 비율로 임의로 발생하고, 따라서, 신호가 적분되면 노이즈가 평균화되어 상쇄되기 때문이다.

적분기(101)에서 출력된 신호는 자속 추정신호라 한다. 이는 모터 권선에서 발생한 전압이 적분될 때, 모터 권선(107U)의 자속이 연결되기 때문이다.

비교기(104)의 입력단자는 적분기(101)와 접지에 접속되고, 출력단자는 마이크로컴퓨터에 접속된다. 비교기(104)는 2진 신호(고저 2종류의 전압에 대응하는 신호이며, 이 신호 중 전압이 높은 신호는 Hi로 나타내고 전압이 낮은 신호는 Lo로 나타낸다)를 출력한다.

비교기(104)는 자속 추정신호와 접지 레벨을 비교하여, 자속 추정신호가 접지 레벨보다 클 경우에는 Hi를, 작을 경우에는 Lo를 출력한다. 비교기(104)의 출력은 ROT(회전펄스) 신호라 한다. 이런 식으로, 비교기(104)는 회전자(112)에 동기하여 펄스 신호를 발생한다.

마이크로컴퓨터(130)는 비교기(104)로부터 ROT 신호를 수신하고, 이 ROT 신호에 동기하여 모터구동회로(115)의 트랜지스터(121c, 121d, 121e, 121f)를 전환하여 모터 권선(107V, 107W)에 소정의 구동전압벡터를 출력한다. ROT 신호가 Lo인 경우에는 트랜지스터(121f, 121c)가 ON이 되어 구동전압벡터(3)가 출력되고, ROT 신호가 Hi인 경우에는 트랜지스터(121e, 121d)가 ON이 되어 구동전압벡터(6)가 출력된다.

본 실시예에 의한 무브러시 모터의 제어회로(141)는 모터 권선(107U, 107V, 107W) 중에서 모터 권선(107V, 107W)에 구동전압벡터(3, 6)를 교대로 출력하여 회전자(112)를 회전시킨다. 또한, 회전자(112)를 회전시킴으로써 모터 권선(107U)에 유도된 전압으로부터 회전자(112)의 자극의 위치가 검출되고, 이 검출 결과로부터 구동전압벡터(3, 6)의 전환이 피드백 제어된다.

도 2는 모터 권선(107U, 107V, 107W)에 흐르는 전류(Iu, Iv, Iw), 차분 증폭기(103)의 출력(Vu-n), 적분기(101)에서 출력된 자속 추정신호(Φu-n), 비교기(104)에서 출력된 ROT 신호 및 구동전압벡터(3, 6) 사이의 관계를 나타낸다.

도 2의 파형도를 참조하여 무브러시 모터의 제어회로의 동작을 다음과 같이 설명한다.

모터의 기동시에는 구동전압벡터(3), 즉, V →W 방향으로 전류를 흐르게 하는 경우와 구동전압벡터(6), 즉, W →V 방향으로 전류를 흐르게 하는 경우가 DC에 가까운 주파수로 교대로 반복되고, 회전자(112)의 자극은 모터 권선(107V)과 모터 권선(107W)에 의해 발생한 자계에 이끌린다. 회전자(112)가 초당 1회전 정도로 회전할 때, 모터 권선(107U)에 유도된 전압이 검출될 수 있다.

구동전압벡터(3)를 출력하는 기간에는 V →W 방향으로 전류가 흐르게 되고, 구동전압벡터(6)를 출력하는 기간에는 W →V 방향으로 전류가 흐르게 되며, 모터권선(107U)에는 전류가 흐르지 않기 때문에, 전류 파형(Iu, Iv, Iw)은 각각 도 2에 나타낸 것과 같다. Iu는 0이다.

구동전압벡터(3, 6)가 교대로 출력되어 회전자(112)가 회전할 때, 모터 권선(107U)에는 도 2에 도시한 유도 기전력(Vu-n)이 발생한다. 전술한 바와 같이, 전압은 회전자(112)의 회전에 동기하여 사인곡선이 된다. 이 전압은 저항(108U) 양단에 접속된 차분 증폭기(103)에 의해 검출된다.

차분 증폭기(103)에서 출력된 Vu-n은 직류차단필터(102)에 의해 직류 성분이 제거되어 적분기(101)에 입력된다.

다음에, Vu-n은 적분기(101)에 의해 적분되고 자속 추정신호(Φu-n)로 변환된다. 신호를 적분함으로써, Vu-n에 중첩된 노이즈가 제거되고 노이즈에 중첩된 신호가 검출될 수 있다.

자속 추정신호(Φu-n)는 Vu-n을 적분하여 구성되므로, 그 위상은 도 2에 나타낸 바와 같이 90° 지연된다.

비교기(104)는 접지 레벨과 자속 추정신호(Φu-n)를 비교하여 ROT 신호를 발생시킨다. 자속 추정신호(Φu-n)가 접지 레벨 이상이면 Lo 신호가 출력되고, 접지 레벨 이하이면 Hi 신호가 출력된다. ROT 신호는 도 2에 도시한 것과 같은 파형으로 구성된다. ROT 신호는 회전자(12)의 회전에 동기하여 회전자(112)가 반회전할 때마다 Hi와 Lo를 교대로 반복한다.

다음에, 마이크로컴퓨터(130)는 비교기에서 신호를 수신하고, 그 신호에 따라 모터구동회로(115)의 소정 트랜지스터를 전환한다.

마이크로컴퓨터(130)는, 모터구동회로(115)의 ROT 신호가 Lo이면 트랜지스터(121f, 121c)를 ON 하고, ROT 신호가 Hi이면 트랜지스터(121e, 121d)를 ON 한다.

모터구동회로(115)는 트랜지스터(121f, 121c)가 ON인 기간에는 구동전압벡터(3)를 모터(105)에 출력하고, 트랜지스터(121e, 121d)가 ON인 기간에는 구동전압벡터(6)를 모터(105)에 출력한다.

또한, 구동전압벡터(3, 6)에 의해 모터 권선(107V, 107W)에 흐르는 전류는 마이크로컴퓨터(130)에 의해 PWM(펄스 폭 변조) 제어된다.

다른 구동전압벡터(1, 2, 4, 5)는 출력되지 않는다.

전술한 바와 같이, 본 실시예에 의하면, 회전자(112)는 구동전압벡터(3, 6)를 교대로 출력함으로써 구동되고, 회전자(112)의 자극의 위치는 회전자(112) 구동에 이용되지 않는 모터 권선(107U)에 유도된 전압으로부터 검출된다. 또한, 구동전압벡터(3, 6)는 자극의 검출 위치에 따라 전환된다. 이 모터 권선(107U)에 유도된 전압에 노이즈가 중첩되더라도 노이즈는 제거되기 때문에, 회전자(112)의 회전이 초당 1회전 정도의 저속 회전이더라도 자극의 위치가 검출될 수 있다. 따라서, PLL 회로가 구동될 수 없는 낮은 속도로 회전자(112)가 회전하더라도, 구동전압벡터(3, 6)는 자극의 위치에 의해 피드백 제어될 수 있다.

전술한 바와 같이, 종래에는 모터 기동시에 개루프에 의해 구동전압벡터가 전환되어, 회전자가 자계의 변화를 따라갈 수 있도록 구동전압벡터를 전환하는 시간이 길게 설정되었다. 한편, 본 실시예에 의하면, 회전자의 회전수의 상승에 따라구동전압벡터가 신속히 전환될 수 있기 때문에, 모터 기동시간이 단축될 수 있다.

또한, 회전자가 저속으로 회전하더라도, 회전자의 위치를 검출할 수 있기 때문에, 회전자의 부하 변동에 의해 회전자의 회전수가 급속히 변하더라도, 구동전압벡터의 전환이 회전자의 회전수의 변화를 따라갈 수 있게 된다. 또한, 모터 기동중에 정전이 발생하더라도, 전력공급을 회복하는 시점에서 회전자의 회전 정지 없이 기동이 재개될 수 있다.

본 실시예에 의하면, 구동전압벡터(3, 6)가 사용되고 모터 권선(107U)에 의해 자극의 위치가 검출되지만, 구동전압벡터(1, 4)가 사용되어 모터 권선(107W)에 의해 자극의 위치가 검출되는 구성이나, 구동전압벡터(2, 5)가 사용되어 모터 권선(107V)에 의해 자극의 위치가 검출되는 구성이 될 수도 있다.

또한, 자기 베어링에 모터 드라이버가 사용되는 경우, 모터 드라이버의 노이즈 스위칭이 베어링 본체나 회로에 의해 자기 베어링의 변위센서나 온도 센서 등의 센서에 전달되는 경우가 있다. 특히, 자기 베어링이 디지털 신호 처리기 등에 의해 디지털 제어되는 경우에는, A/D(아날로그/디지털) 변환기에 의한 신호의 샘플링 검출에 의해 변위신호가 검출되므로, 자기 베어링의 변위신호에 노이즈가 중첩된 그대로 샘플링 되면 오차를 포함하는 변위신호가 검출되어 자기 베어링으로부터 이상음이나 진동이 발생하게 되는 경우가 있다. 따라서, 자기 베어링에 사용되는 모터 드라이버는 변위센서의 신호를 샘플링 하는 경우(예컨대, 2 μ초)에 모터의 스위치를 차단하거나 전환하는 것을 막는 식으로 구성되면, 자기 베어링으로부터 이상음이나 진동이 발생하는 것이 억제될 수 있다.

(제2 실시예)

도 3과 도 4를 참조하여 본 발명에 따른 무브러시 모터의 제어회로의 제2 실시예를 설명한다.

본 실시예에 의하면, 구동전압벡터(3)와 구동전압벡터(5)가 교대로 출력됨으로써 모터 권선(107V, 107W)과 모터 권선(107W, 107U)에 교대로 자계가 발생하고 이 자계에 회전자(112)가 이끌려 회전한다. 또한, U상 단자와 V상 단자간의 전압차에 의해 ROT 신호가 발생하고 이 ROT 신호에 의해 구동전압벡터(3, 5)가 피드백 제어된다.

도 3은 본 실시예에 따른 제어회로(142)를 나타내는 도면이다. 제1 실시예에 따른 제어회로(141)와 같은 기능을 갖는 부분에는 같은 부호를 붙인다.

제어회로(141)와 제어회로(142)의 구성상의 차이는 제어회로(142)가 스타형으로 접속된 저항(108U, 108V, 108W)을 구비하지 않는다는 점과, 차분 증폭기(103)가 U상 단자와 V상 단자와의 전압차를 검출한다는 점에 있다. 제어회로(141)와 제어회로(142)의 그 밖의 부분의 구성은 동일하다.

제1 실시예에 따르면, 모터 권선(107U)에 모터 구동전류가 흐르지 않기 때문에, Vu-n이 일정한 사인곡선을 구성하지만, 본 실시예에 따르면, 모터 구동전류가 흐르는 모터 권선(107V, 107U)에서 발생하는 전압(Vv-n, Vu-n)을 모니터하기 때문에, 이들 전압에는 도 4에 나타낸 것과 같이 모터 권선(107U, 107V, 107W)의 인덕턴스에 의해 발생하는 스파이크형 전압(117, 118)이 나타난다. 이 스파이크형 전압(117, 118)을 제거하기 위해, 차분 증폭기(103)에 의해 양 전압의 차가 구해진다. 전압(Vv-n, Vu-n)에는 같은 크기를 갖는 스파이크형 전압(117, 118)이 같은 위상으로 나타나기 때문에 차를 구함으로써 제거될 수 있다.

무브러시 모터의 제어회로(142)의 구성을 다음과 같이 설명한다.

모터(105)는 스타형으로 접속된 모터 권선(107U, 107V, 107W)과, N극 및 S극의 두 자극을 갖는 회전자(112)로 구성된다.

구동전압벡터(3, 5)를 교대로 출력함으로써, 모터 권선(107V, 107W)과 모터 권선(107V, 107U)이 교대로 자계를 발생시키고, 회전자(112)의 자극이 그 자계에 이끌려 회전된다. 제1 실시예에 따르면, 구동전압벡터(3, 6)를 교대로 출력함으로써 회전자(112)가 회전되기 때문에, 회전자(112)의 자극의 위치에 따라 회전자(112)가 기동될 수 없는 경우가 있지만(구동전압벡터(3, 6)에 의해 발생한 자계는 서로 평행하기 때문에, 회전자(112)가 정지했을 때의 자계의 방향과 자극의 방향이 서로 평행한 경우에는 회전자(112)에 토크가 발생하지 않고 기동될 수 없다), 본 실시예에 의하면, 회전자(112)가 기동시에 어떤 위치에 배치되더라도 기동될 수 있다.

또한, 제1 실시예에서도 기동시에 짧은 시간동안 구동전압벡터(3, 6) 이외의 자계를 발생시켜 모터가 기동될 수 있다.

차분 증폭기(103)의 입력단자는 모터 권선(107U, 107V)에 접속되고 두 단자 사이의 전압차(Vu-v)가 출력된다.

도 4에 도시한 바와 같이, Vu-n과 Vv-n에는 모터 권선(107U, 107V, 107W)의 인덕턴스에 의해 발생한 스파이크형 전압(117, 118)이 나타난다. 이들은 크기 및위상이 동일하기 때문에, 차분 증폭기(103)에 의해 차를 구함으로써 제거될 수 있다. 도 4의 Vu-v에서 점선으로 나타낸 파형은 차분 증폭기(103)의 출력을 나타낸다. 이 파형에서 스파이크형 전압(117, 118)이 제거되더라도, 파형은 여전히 직류 성분(119)을 포함하고 있다. 이 직류 성분(119)은 모터 권선(107U, 107V, 107W)의 저항값에 의해 발생한다.

직류차단필터(102)는 직류 성분(119)을 차단하고, 이 직류차단필터(102)로부터 도 4의 Vu-v에서 실선으로 나타낸 파형이 제공된다.

적분기(101)는 Vu-v를 적분하여 자속 추정신호(Φu-v)를 출력한다. 자속 추정신호(Φu-v)는 적분에 의해 Vu-v에서 위상이 90°지연된다. 또한, Vu-v에 중첩된 노이즈는 적분에 의해 제거된다.

비교기(104)는 자속 추정신호(Φu-v)를 접지 레벨과 비교하여 ROT 신호를 출력한다. 제1 실시예와 마찬가지로, ROT 신호는 자속 추정신호가 접지 레벨보다 클 때 Hi가 되고, 자속 추정신호가 (Φ)가 접지 레벨보다 작아질 때 Lo가 된다.

마이크로컴퓨터(130)는 ROT 신호에 동조하여 트랜지스터(121b, 121c, 121e, 121f)를 ON/OFF 시킨다.

모터구동회로(115)는 트랜지스터(121c, 121f)가 ON이면 구동전압벡터(3)를 모터 권선(107V, 107W)에 출력하고, 트랜지스터(121e, 121b)가 ON이면 구동전압벡터(5)를 모터 권선(107W, 107U)에 출력한다.

다음에, 이와 같이 구성된 제어회로(142)의 동작을 설명한다.

모터 기동시에 구동전압벡터(3), 즉, V →W 방향으로 전류를 흐르게 하는 경우와 구동전압벡터(5), 즉, W →U 방향으로 전류를 흐르게 하는 경우가 DC(직류)에 가까운 주파수로 교대로 반복된다. 회전자(112)는 구동전압벡터(3)가 출력될 때에는 모터 권선(107V, 107W)에 의해 발생한 자계에, 구동전압벡터(5)가 출력되어 회전할 때에는 모터 권선(107W, 107U)에 의해 발생한 자계에 이끌려 회전하기 시작한다. 회전자(112)의 회전수가 초당 1회전 정도가 될 때, 자극의 위치가 검출될 수 있다.

모터 권선(107U, 107V, 107W)에 각각 도 4에서 Iu, Iv, Iw로 나타낸 전류가 흐르게 된다. 구동전압벡터(3)가 출력되는 기간에는 전류가 모터 권선(107V)에서 모터 권선(107W)으로 흐르게 되고, 구동전압벡터(5)가 출력되는 기간에는 전류가 모터 권선(107W)에서 모터 권선(107U)으로 흐르게 된다.

도 4의 파형(Vu-n)은 중점(109)을 기준으로 하는 U상 단자의 전압을 나타낸다. 전술한 바와 같이, 파형 일부에 나타나는 스파이크형 전압(117)은 모터 권선(7)의 인덕턴스에 의한 전압강하의 영향으로 발생한다.

도 4의 파형(Vv-n)은 중점(109)을 기준으로 하는 V상 단자의 전압을 나타낸다. 파형 일부에는 Vu-n의 경우와 같은 이유로 스파이크형 전압(118)이 나타난다.

두 파형에 나타나는 스파이크형 전압(117, 118)은 발생하는 위상이 같고 크기도 서로 동일하다.

이러한 Vu-n과 Vv-n은 차분 증폭기(103)에 입력되어 양자의 차분이 출력된다.

도 4의 파형(Vu-v)에서 점선으로 나타낸 것은 차분 증폭기(103)의 출력신호를 나타낸다. 상기 설명한 바와 같이, Vv-n과 Vu-n에 나타나는 스파이크형 전압(117, 118)의 발생 위치와 크기가 서로 동일하기 때문에, 이들 전압은 차분 증폭기(103)로 그 차를 구함으로써 상쇄될 수 있다.

차분 증폭기(103)의 출력신호에 직류 성분(119)이 중첩되고 이 직류 성분(119)은 직류차단필터(102)에 의해 차단된다. 이는 직류 성분이 적분기(101)에 의해 적분되는 것을 막기 위해서이다. 직류차단필터(102)로부터 도 4에서 실선으로 나타낸 Vu-v 파형이 제공된다.

직류차단필터(102)로 직류 성분을 제거한 Vu-v는 적분기(101)에 의해 적분되어 도 4에 나타낸 자속 추정신호(Φu-v)로 변환된다. Vu-v에 중첩된 노이즈는 적분에 의해 제거되어 원하는 신호만이 제공된다. 자속 추정신호(Φu-v)는 회전자(112)에 동기하여 변한다.

적분기(101)에서 출력된 자속 추정신호(Φu-v)는 비교기(104)에 의해 접지 레벨과 비교되어 도 4에 나타낸 ROT 신호(회전 펄스신호)가 출력된다. ROT 신호는 자속 추정신호(Φu-v)가 접지 레벨보다 클 때는 Lo가 되고, 접지 레벨보다 작아질 때는 Hi가 된다.

마이크로컴퓨터(130)는 비교기(104)로부터 ROT 신호를 수신하여, ROT 신호가 Lo인 기간에는 모터구동회로(115)의 트랜지스터(121f, 121c)를 ON으로 하고, ROT 신호가 Hi인 기간에는 트랜지스터(121e, 121d)를 ON으로 한다.

도 4에 도시한 바와 같이, ROT 신호가 Lo이면 모터 권선(107V, 107W)에 구동전압벡터(5)가 출력되고, ROT 신호가 Hi이면 모터 권선(107W, 107U)에 구동저압 벡터(3)가 출력된다.

또한, 구동전압벡터(3, 5)에 의해 모터 권선에 흐르는 전류는 마이크로컴퓨터(130)에 의해 PWM 제어된다. 구동전압벡터(1, 2, 4, 6)는 출력되지 않는다.

본 실시예에 따르면, 회전자(112)의 자극의 정지 위치에 관계없이 회전자(112)가 반드시 기동할 수 있다. 이는 구동전압벡터(3, 5)에 의해 발생한 자계가 서로 평행하지 않기 때문에, 자극이 어떤 위치에서 정지하더라도 회전자에서 토크가 발생하지 않기 때문이다.

또한, 본 실시예의 제어회로(141)에 따르면, 모터 권선의 전압을 검출하는 저항을 설치할 필요가 없어, 간단한 회로 구성으로 회전자(112)가 저속으로 회전하여 PLL 회로가 구동할 수 없을 경우에도 회전자의 위치를 검출함으로써 구동전압벡터의 전환이 피드백 제어될 수 있다.

또한, 모터의 기동기간이 단축될 수 있어, 회전자(112)의 부하가 변하거나 정전 후에 전력 공급이 회복되더라도 위상 변화 없이 제1 실시예와 마찬가지로 모터(105)를 제어할 수 있다.

본 실시예에 의하면, 구동전압벡터(3, 5)에 의해 모터가 구동되지만, 구동전압벡터를 선택하는 방법은 이에 한정되는 것이 아니라, 예컨대, 구동전압벡터(5, 1)와 구동전압벡터(1, 3)가 사용될 수도 있다. 즉, 모터 권선(7)의 인덕턴스에 의해 나타나는 스파이크형 전압이 차분 증폭기(103)에 의해 상쇄될 수 있는 식으로 구동전압벡터를 선택함으로써 자속 추정신호가 제공될 수 있다.

(제3 실시예)

본 실시예에 따르면, 제2 실시예에 의해 기동된 모터의 회전자의 회전수가 PLL 회로를 닫을 수 있는 회전수(대략 초당 20회전)에 도달한 후에, PLL 회로를 사용하는 정상 동작으로 모터가 전환되는 경우에 대해 설명한다.

모터의 정상 동작시에는 자극의 위치를 검출하면서 PLL 회로에서 회전자의 매회전마다 6개의 펄스가 발생되고, 이 펄스에 동기하여 1 →2 →3 →4 →5 →6 →1 →‥‥ 의 순서로 구동전압벡터가 연속적으로 전환됨으로써 회전자를 회전시킨다.

한편, 제2 실시예에 의한 회전자(112)는 구동전압벡터(3, 5)를 교대로 전환함으로써 회전된다.

따라서, 제2 실시예의 수단에 의한 동작에서 PLL 회로를 사용하는 정상 동작으로 전환될 때는, 최초에 출력된 구동전압벡터 및 이 구동전압벡터를 출력하는 타이밍을 적절히 산출할 필요가 있다. 정상 동작으로의 전환시에 부적절한 구동전압벡터가 출력되거나 또는 구동전압벡터를 출력하는 타이밍이 잘못되면, 모터가 위상이 변하거나 이상음을 방출한다.

도 5는 본 실시예에 따른 무브러시 모터의 제어회로(143)를 도시하는 도면이다. 이 제어회로(143)는, 제2 실시예에 의한 무브러시 모터의 제어회로(142)에 회전속도 센서(125), 회전속도 검출회로(126), PLL 회로(127) 및 기억부(128)를 더 구비한다. 제2 실시예에 의한 무브러시 모터의 제어회로(142)와 동일한 기능을 갖는 부분에는 동일 부호가 부착된다.

회전속도 센서(125)는 모터(105)의 외부에 부착되어, 회전자 축에 부착된 타겟을 검출하고 회전자(112)의 회전에 동기하여 신호를 발생시킨다. 예를 들면, 회전속도 센서(125)는 홀 소자 등으로 형성되고 타겟은 자석 등으로 구성된다. 모터(105)의 내부에 회전속도 검출기가 설치되어 회전속도 검출기가 회전자(112)의 자극을 직접 검출하는 구성으로 할 수도 있다. 회전속도 센서(125)로부터 전기적 노이즈가 중첩되지 않는 정상 파형이 제공될 수 있다.

회전속도 센서(125)는 회전속도 검출회로(126)에 접속된다. 회전속도 검출회로(126)는 회전속도 센서(125)의 출력신호로부터 회전자(112)의 회전수를 산출하여 펄스형의 ROTA 신호(제2 회전 펄스 신호)를 출력한다. ROTA 신호는 이진신호(고저 2종류의 전압에 대응하는 신호들로, 이러한 신호의 전압이 높으면 Hi로, 전압이 낮으면 Lo로 한다)들로 구성된다.

ROTA 신호는 회전자(112)가 반회전하는 기간에 Hi가 되고 연속 반회전에서 Lo가 된다.

마이크로컴퓨터(130) 및 PLL 회로(127)는 회전수 검출회로(126)에 접속되어 회전속도 검출회로(126)로부터 ROTA 신호를 수신한다.

PLL 회로(127)는 ROTA 신호의 주파수의 6배의 주파수에 동기하여 펄스형의 동기신호 6 ×f ROTA 신호를 발생시킨다. 이 동기신호는 6개의 구동전압벡터 전환시에 사용된다.

마이크로컴퓨터(130)는 ROT 신호 및 ROTA 신호로부터 정상 동작으로 전환될 때에 최초로 출력되는 구동전압벡터와 PLL 회로(127)에 의해 발생된 동기 신호를출력하는 타이밍을 산출한다.

또한, 마이크로컴퓨터(130)에는 기억부(128)가 접속된다. 이는, 회전자(1)의 회전수가 상승할 때, 회전속도 센서(125)의 출력신호가 타겟이 검출 위치에 도달하는 타이밍으로 지연되는 경우가 있어 이를 보정하는 값이 기억부(128)에 미리 기억되기 때문이다. 마이크로컴퓨터(130)는 회전자(112)의 회전수에 따라 보정값을 사용하여 ROTA 신호의 상승시간과 하강시간을 보정한다.

마이크로컴퓨터(130)는 이들 값으로부터 소정 연산을 수행하여 모터구동회로(115)의 트랜지스터(121a, 121b, 121c, 121d, 121e, 121f)로의 게이트 구동 펄스를 제2 실시예에 의한 기동 동작의 펄스에서 정상 동작의 펄스로 전환한다.

상기한 바와 같이 구성된 무브러시 모터의 제어회로(143)의 동작이 설명된다.

모터(105)가 기동되어 회전자(112)의 회전수가 PLL 회로를 닫을 수 있는 회전수(예를 들면 초당 20회전)에 도달할 때까지 모터(105)는 제2 실시예에서 설명된 방법으로 구동된다. 즉, 구동전압벡터(3, 5)는 교대로 출력되고, V상 단자와 U상 단자의 전압 간 차를 적분함으로써 ROT 신호가 발생되고, 상기 구동전압벡터(3, 5)가 ROT 신호에 동기하여 전환된다.

회전자(112)의 회전수가 PLL 회로를 닫을 수 있는 최저 회전수에 도달할 때, 마이크로컴퓨터(130)는 정상 동작으로 전환시에 최초 출력된 구동전압벡터 및 이 구동전압벡터를 출력하는 타이밍을 산출하여 정상 동작으로 모터(105)의 동작을 전환한다.

동작 전환시에 최초 출력된 구동전압벡터는 다음과 같이 산출된다.

마이크로컴퓨터(130)는 ROT 신호의 주기(T)를 검출하여 기억한다. 또한, 마이크로컴퓨터(130)는 ROT 신호와 ROTA 신호의 시간차(Ta)를 검출하여 기억한다.

도 6의 ROT는 ROT 신호를 나타내고 ROTA는 ROTA 신호를 나타낸다. 또한, Φu-n표기는 적분기(101)로부터 출력된 자속 추정신호(Φu-n)를 나타낸다.

다음에, ROT 신호와 ROTA 신호 사이의 위상차(Y)는 다음 식으로 산출된다.

Y=Ta/T ‥‥ (1)

도 7은 Y의 값 및 정상 동작으로 전환시에 최초 출력된 구동전압벡터의 부호를 도시한다.

예를 들면, 3/12 ≤Y〈 5/12일 때, 구동전압벡터(1)로부터 전환이 시작된다. 구동전압벡터가 도 7의 표에 따라 출력되면, 회전자(112)의 자극의 위치 및 구동전압벡터에 의해 발생된 자계는 적절한 위치관계가 된다.

도 6의 "3상 전파 모드시에 구동되는 전압 벡터" 난의 구동전압벡터 부호와 자속 추정신호(Φu-n)의 파형은 양쪽의 대응관계를 나타낸다.

또한, Φu-n및 ROT 신호는 서로 동기하므로, ROT 신호와 구동전압벡터 사이의 대응 관계도 이 파형도로부터 알게 된다. 예들 들면, ROT 신호의 상승은 구동전압벡터(4)를 출력하는 기간의 중간에 배치된다.

ROT 신호의 한 주기를 6분할함으로써 구동전압벡터는 ROT 신호에 동기하여 1 →2 →3 →‥‥ 의 순서로 출력되어도 좋다.

ROTA 신호의 파형은 ROT 신호의 파형을 평행 이동시킴으로써 구성되므로, 식(1)에서의 Y에 의해, 도 7에 도시된 바와 같이, ROTA 신호와 구동전압벡터의 부호가 서로 대응될 수 있다.

다음에, 마이크로컴퓨터(30)는 ROTA 신호의 6배 동기신호인 6 ×f ROTA 신호가 얼마나 ROT 신호로부터 지연되어 출력될 수 있는지를 산출한다. 식(1)에 의해, ROTA 신호에 대응하여 출력되는 구동전압벡터의 부호는 산출될 수 있으므로, 계속해서, 6 ×f ROTA 신호의 출력 타이밍이 미세하게 조정됨으로써 6 ×f ROTA 신호의 상승 및 하강 타이밍을 ROTA 신호의 상승 및 하강 타이밍에 맞춘다.

도 7의 "위상 지연량(D)" 난에 각각의 Y의 값에 대응하는 위상 지연량을 나타낸다. 마이크로컴퓨터(130)는 ROTA 신호의 주기(T) 및 위상 지연량(D)으로부터 위상 지연 기간(Td)을 다음 식으로 산출한다.

Td=T ×D ‥‥ (2)

또한, 마이크로컴퓨터(130)는 PLL 회로(127)에 의해 발생된 6 ×f ROTA 신호를 Td만큼 지연시키고, 구동되는 벡터의 부호에 대응하여 게이트 구동 펄스를 모터구동회로(115)로 출력한다. 이 게이트 구동 펄스는 6 ×f ROTA 신호가 상승할 때마다 1 →2 →3 →4 →…의 순서로 구동전압벡터를 갱신함으로써 모터(105)의 정상 동작을 수행한다.

또한, 회전자(112)의 회전 속도가 상승할 때, 회전속도 검출센서(125)의 검출신호가 타겟이 회전속도 검출센서(125)의 검출 위치에 도달하는 시간만큼 지연되는 경우가 있다. 이 경우에, ROTA 신호는 원래 제공되는 값만큼 지연되어 출력된다. 이 지연량과 회전자(112)의 회전 속도 사이의 관계를 미리 아는 경우, 그것이 보정값으로서 보정값 기억부(128)에 기억되고 ROTA 신호가 마이크로컴퓨터(130)의 내부에서 보정된다.

전술한 수단에 의해, 제2 실시예에 의해 기동된 모터(105)는 신속히 PLL 회로(127)의 6×f ROTA 신호에 의해 정상으로 이행될 수 있다.

통상적으로 무센서 무브러시 모터의 제어에는 모터 배선의 임피던스를 즉정하고 모터의 전류를 모니터링하여 보정하는 것이 필요하지만, 본 실시예의 무브러시 모터의 제어회로(143)에 의하면 이들 동작이 필요하지 않으므로 회로가 단순화되어 비용이 감소된다.

또한, 제1 실시예에 의한 무브러시 모터의 제어회로(141)에 의해 기동된 모터(105)가 정상 동작으로 전환될 때에도, 본 실시예와 마찬가지로 전환이 수행될 수 있다.

(제4 실시예)

본 실시예에 의하면, 모터 권선 내에 발생된 자속의 변화에 의해 회전자의 자극의 위치가 검출된다.

먼저, 본 실시예를 실행할 때 기본이 되는 논리식을 유도한다.

도 10은 모터를 접속하는 케이블과 모터 권선의 저항값과 인덕턴스를 도시하는 도면이다. U상, V상 및 W상의 모터 배선은 스타형 결선이다.

부호 1로 나타낸 Viu-n은 회전자를 회전시킴으로써 U상 모터 권선에 발생된전압이다. U상 모터 권선은 임피던스(Lu) 및 저항값(Ru)을 갖는다. 또한, 케이블은 배선 저항값(Rc)을 갖는다. V상 및 W상은 U상과 구조적으로 대칭되므로, 접미사 u를 v 및 w로 각기 변경함으로써, V상 및 W상과 각기 대응하는 값이 된다. 또한, U상, V상 및 W상에 흐르는 전류는 각기 Iu,,Iv 및 Iw로 나타낸다.

여기서, Rp, Lp 및 Viu-v는 다음과 같이 표현된다.

Rc+Ru=Rc+Rw=Rc+Rv=Rp

Lu=Lw=Lv=Lp

(Viu-n)-(Viv-n)=Viu-v

상기 식들로부터 다음 식이 유도된다.

Vu-v=Viu-v+Rp(Iu-Iv)+Lp ×d(Iu-Iv)/dt

여기서, Vu-v는 U상 모터 권선의 전압에서 V상 모터 권선의 전압을 감산함으로써 구성된다. 이것을 적분하면 다음의 식(3)이 얻어진다.

∫Vu-vdt=∫(Viu-v + Rp ×(Iu-Iv))dt + Lp ×(Iu-Iv) ‥‥ (3)

여기서, U상 모터 권선과 V상 모터 권선 내의 자속을 가리키는 자속 추정신호(Φu-n)는 다음과 같이 식(4)으로 나타낸다.

Φu-n= ∫Viu-vdt ‥‥ (4)

여기서, 다음과 같은 식(5), (6), (7)로 나타낸 각종 양을 고려한다.

∫Vu-vdt ‥‥ (5)

∫Rp ×(Iu-Iv)dt ‥‥ (6)

Lp ×(Iu-Iv) ‥‥(7)

식(3)에 의해, 식(5)에서 식(6)과 식(7)을 감산하면 자속(Φu-n)이 산출된다.

본 실시예에 의하면 전기회로를 사용함으로써 이러한 관계식이 실현되고, 자속 추정(Φu-n)이 산출되며 자속 추정신호(Φu-n)에 기초하여 모터 권선의 전류가 전환된다.

도 11은 제4 실시예에 의한 무센서 무브러시 모터의 제어회로(41)의 구성을 도시하는 블록도이다.

제어회로(41)는 모터(5), 모터구동회로(17) 및 구동제어회로(19)를 구비한다.

모터(5)는 스타형 결선된 모터 권선(7U, 7V, 7W) 및 N극과 S극의 한 쌍의 자극을 갖는 회전자(6)로 구성된다. 설명의 편의를 위해 모터 권선(7U, 7V, 7W) 및 회전자(6)를 분리하여 도시하였지만, 실제로, 모터 권선(7U, 7V, 7W)은 회전자(6)의 주위에 배치된다. 모터 구동시에는, 예를 들면, U →V방향으로 전류를 흐르게 하는 등 2개의 모터 권선에 전류를 흐르게 하고, 이 전류에 의해 모터 권선이 만드는 자계에 회전자(6)의 자극을 끌어당겨 회전시킨다. 전류를 흐르게 한 모터 권선과 전류의 방향을 회전자(6)의 자극의 위치에 따라 연속해서 전환함으로써, 회전자(6)의 회전이 지속된다.

모터구동회로(17)는 직류 전원(18) 및 3상 브리지를 형성하는 6개의 트랜지스터(21a, 21b, 21c, 21d, 21e, 21f)로 구성된다. 트랜지스터의 베이스는 각기 구동제어회로(19)의 마이크로컴퓨터(30)에 접속되고, 마이크로컴퓨터(30)로부터 게이트 신호에 의해 ON/OFF되어 모터 권선(7U, 7V, 7W)에 소정의 전류를 공급한다.

또한, 제어회로(41)는 상기한 식(4)에서 식(7)까지의 연산을 수행함으로써 자속 추정신호(Φu-n)를 산출하기 위한 회로 소자들을 포함한다. 이러한 회로 소자는 차분 증폭기(8, 9), 승산기(10, 12), 가산기(11, 13), 적분기(1) 및 직류차단필터(2)로 구성된다.

차분 증폭기(8)는 모터 권선(7U, 7V)에 접속되어 모터 권선(7U)의 전압에서 모터 권선(7V)의 전압을 감산한 값(Vu-v)을 출력한다.

차분 증폭기(9)는 모터 권선(7U, 7V)에 흐르는 전류(Iu, Iv)를 검출하여 그 차이(Iu - Iv)를 출력한다.

승산기(10)는 차분 증폭기(9) 및 구동제어회로(19)내의 Rp 신호 설정회로(14)에 접속된다. Rp 신호 설정회로(14)는 모터 권선(7U, 7V, 7W) 중 어느 것의 저항값(3개 모두 저항값이 동일)과, 그 모터 권선 및 모터구동회로(17)를 결선하는 케이블(3U, 3V, 3W) 중 어느 것의 저항값(3개 모두 저항값이 동일)의 합성저항의 값을 출력한다. 승산기(10)는 차분 증폭기(9)로부터 Iu-Iv를, Rp 신호 설정회로(14)로부터 Rp를 수신하여 그 둘의 곱인 Rp ×(Iu-Iv)를 출력한다.

가산기(11)는 차분 증폭기(8) 및 승산기(10)에 접속되고 가산기(11)는 차분 증폭기(8)로부터 Vu-v를, 승산기(10)로부터 Rp ×(Iu-Iv)를 수신하여 Vu-v에서 Rp ×(Iu-Iv)를 감산한 차이, 즉, (Vu-v)- Rp ×(Iu-Iv)를 출력한다. 이는 식(6)에서 적분되는 값이다.

가산기(11)의 출력은 직류차단필터(2)를 경유해 적분기(1)에 입력된다. 이는가산기(11)의 출력에 포함된 직류 성분이 적분기(1)에 의해 적분되지 않도록 하기 위해서이다.

적분기(1)는 직류 성분이 제거된 가산기(11)의 출력을 적분하여 ∫(Vu-v)- Rp ×(Iu-Iv)dt를 출력한다. 적분기(1)의 출력은 식(5)에서 식(6)을 감산하는 경우에 해당한다. 또한, 적분에 의해, 적분기(1)의 입력 신호, 즉, (Vu-v)-Rp ×(Iu-Iv)에 중첩된 전기적 노이즈가 제거된다. 이는, 노이즈는 기준으로서 양과 음으로 무작위로 발생되므로, 이들이 함께 적분되어 가산될 때 상쇄되기 때문이다.

승산기(12)는 차분 증폭기(9) 및 Lp 신호 설정회로(15)에 접속되어, 차분 증폭기(9)로부터 Iu-Iv를, Lp 신호 설정회로(15)로부터 Lp를 수신하여 둘의 곱, 즉, Lp ×(Iu-Iv)을 출력한다. 이 값은 식(7)에 해당한다.

가산기(13)는 적분기(1)의 출력, 즉, ∫((Vu-v)- (Rp ×(Iu-Iv))dt로부터 가산기(12)의 출력, 즉, Lp ×(Iu-Iv)을 감산한 값을 출력한다. 가산기(13)의 출력은 식(5)에서 식(6)과 식(7)을 감산한 값에 해당하고 자속 추정신호(Φu-n)와 동일하다. 자속 추정신호(Φu-n)의 파형은 회전자(6)의 회전에 동기간 사인 곡선이 된다.

구동제어회로(19)는 비교기(4), PLL(Phase Lock Loop)회로(16), Lp 신호 설정회로(15), Rp 신호 설정회로(14) 및 마이크로컴퓨터(30)로 구성된다. 비교기(4)에는 2개의 입력 단자가 제공되는데 이들 중 하나는 자속 추정신호(Φu-n)에 접속되고 그 나머지는 접지에 접속된다. 비교기(4)는 이진신호(고저 2종류의 전압에 대응하는 신호들로, 이들 신호 중 전압이 높은 신호는 Hi로 나타내고 전압이 낮은 신호는 Lo로 나타냄)를 출력한다.

또한, 비교기(4)는 자속 추정신호(Φu-n)와 접지 레벨을 비교하여 자속 추정신호(Φu-n)가 접지 레벨보다 작을 때 Lo를 출력하고 자속 추정신호(Φu-n)가 접지 레벨보다 클 때 Hi를 출력한다.

자속 추정신호(Φu-n)는 회전자(6)에 동기하여 사인파가 되므로, 비교기(4)는 회전자가 반회전하는 기간에는 Hi를 출력하고, 연속하는 반회전의 기간에는 Lo를 출력한다. 이 신호를 ROT 신호(회전 펄스신호)라 한다. 비교기(4)의 출력 단자는 마이크로컴퓨터(30) 및 PLL 회로(16)에 접속된다.

PLL 회로(16)는 ROT 신호를 수신하고, 회전자(6)의 회전수의 12배의 주파수에 동기하여 곱해진 동기신호인 12 ×f ROT 신호를 발생시켜 마이크로컴퓨터(30)로 이 신호를 출력한다.

Rp 신호 설정회로는 마이크로컴퓨터(30)에 기억된 저항값(Rp)의 값을 승산기(10)로 출력한다.

Lp 신호 설정회로는 마이크로컴퓨터(30)에 기억된 인덕턴스값(Lp)을 승산기(12)로 출력한다.

모터 권선(7U, 7V, 7W)의 저항값과, 이 모터 권선과 모터구동회로(17)를 결선하는 케이블(3U, 3V, 3W)의 저항값의 합성저항값(Rp), 및 모터 권선의 인덕턴스(Lp)는 측정기에 의해 미리 측정되어 마이크로컴퓨터(30)에 기억된다.

마이크로컴퓨터(30)는 PLL 회로(16)의 12 ×f ROT 신호에 기초하여 트랜지스터(21a, 21b, 21c, 21d, 21e, 21f)에 소정 게이트 신호를 공급하고, 모터 권선(7U, 7V, 7W)의 전류를 순차 전환한다.

도 12의 파형도를 참조하여 상술한 바와 같이 구성된 무센서 무브러시의 제어회로(41)의 동작이 설명된다.

PLL 회로(16)를 닫을 수 있는(동작시키는) 주파수는 대략 20 [㎐]이므로, 모터(5)를 개시한 후부터 회전자(6)의 회전속도가 대략 초당 20회전에 도달할 때까지 모터 권선(7U, 7V, 7W)의 전류는 개루프에 의해 전환된다.

회전자(6)의 회전속도가 대략 초당 20회전에 도달할 때, ROT 신호는 자속 추정신호(Φu-n)에서 생성됨으로써, 모터 권선(7U, 7V, 7W)의 전류의 전환이 피드백 제어될 수 있다.

모터 권선(7U, 7V, 7W)의 전류는 각기 도 12의 Iu, Iv 및 Iw의 파형으로 형성된다. 마이크로컴퓨터(30)는 전류가 장방형파가 되도록 모터 권선(7U, 7V, 7W)에 인가된 전압을 PWM(Pulse Width Modulation) 제어한다.

차분 증폭기(8)는 모터 권선(7U, 7V)의 전압들 사이의 차이를 수신하여 도 12의 Vu-v로 나타낸 파형을 출력한다. 모터 권선(7U, 7V, 7W)의 전류 전환시 나타나는 스파이크형의 전압(20)은 모터 권선(7U, 7V, 7W)이 갖는 인덕턴스(Lp)에 기인하는 것으로, 연속하는 파형과의 단차(21)는 모터 권선(7U, 7V, 7W)의 저항값과 이들과 모터구동회로(17)를 결선하는 케이블(3U, 3V, 3W)의 저항값의 합성저항값(Rp)에 의한 전압강하이다.

차분 증폭기(9)는 Iu와 Iv 사이의 차이를 출력하고 그 파형은 도 12의 Iu-Iv에 나타낸 파형이 된다.

승산기(10)는 Iu-Iv와 Rp를 곱한다.

가산기(11)는 (Vu-v) - Rp ×(Iu-Iv)를 출력한다. 이 신호는 중첩된 직류성분이 직류차단필터(2)에 의해 제거되어진 후 적분기(1)로 입력된다.

적분기(1)는, ∫((Vu-v)- Rp ×(Iu-Iv))dt를 출력하고, 이것은 도 12의 X로 표시간 파형이 된다. 파형(X)에서 본 단차는 모터 권선(7U, 7V, 7W)의 인덕턴스에 의해 발생된다.

적분기(1)의 출력은 가산기(13)에 의해 Lp ×(Iu-Iv)만큼 감산된다. 도 12의 Φu-n의 파형에 의해 나타낸 자속 추정신호(Φu-n)가 가산기(13)에서 출력된다. 이 파형으로부터 알 수 있는 바와 같이, 자속 추정신호(Φu-n)는 회전자(6)의 1회전이 한 주기가 되는 사인파가 된다.

비교기(4)는 자속 추정신호(Φu-n)와 접지 레벨을 비교하여 ROT 신호를 출력한다. 상술한 바와 같이, ROT 신호는 자속 추정신호(Φu-n)가 접지 레벨보다 작을 때 Hi가 되고 자속 추정신호(Φu-n)가 접지 레벨보다 클 때 신호 Lo가 된다. ROT 신호는 도 12의 ROT의 파형으로 나타낸 바와 같이 회전자(6)의 반회전의 기간에 Hi가 되고 그 이후의 반회전하는 기간에는 Lo가 된다.

PLL 회로(16)는 비교기(4)로부터 ROT 신호를 수신하여 ROT 신호의 12배 주파수를 갖는 곱해진 동기된 신호(12 ×f ROT 신호)를 발생시킨다.

모터 권선(7U, 7V, 7W)의 전류를 전환하는 방향은, 예를 들면, W →V 방향 또는 U →V 방향 등으로, 총 6개가 있는데 기본적으로 ROT 신호의 6배 주파수를 갖는 곱해진 동기신호(6 ×f ROT 신호)가 발생될 때, 이 신호에 동기하여, 상기 6개의 전류가 전환될 수 있다. 이는, ROT 신호의 12배 주파수를 갖는 12 ×f ROT 신호를 발생시키는 적분기에 의해 Φu-n의 위상의 이동을 보정하기 위해서이다.

다음과 같이 보다 상세히 설명된다.

마이크로컴퓨터(30)는 회전자(6)의 60°만큼의 회전시마다 모터 권선(7U, 7V, 7W)의 전류를 전환한다. 도 12의 수직선은 전류들의 전환의 타이밍을 나타내고 그 간격은 회전자(6)의 회전이 되는 60°이다. 한편, Φu-n의 위상이 적분기에 의해 원래 신호보다 위상이 90° 진행된다. 그러므로, Φu-n으로부터 발생된 ROT 신호의 위상도 90° 진행되고, ROT 신호의 상승과 하강 및 전류의 전환의 타이밍은 서로 30°만큼 벗어난다. 따라서, ROT 신호의 12배 주기를 갖는 12 ×f ROT 신호가 발생될 때, 전류를 전환하는 타이밍 및 12 ×f ROT 신호의 상승이 서로 일치하게 될 수 있다.

이런 식으로 모터 권선(7U, 7V, 7W)의 전류를 전환하는 타이밍 및 12 ×f ROT 신호의 상승이 서로 일치하게 되고, 12 ×f ROT 신호가 2번 상승할 때마다 모터 권선(7U, 7V, 7W)의 전류를 스위칭하여 모터(5)가 동작될 수 있다.

마이크로컴퓨터(30)에는 ROT 신호 및 12 ×f ROT에 의해 소정 게이트 신호를 트랜지스터(21a, 21b, 21c, 21d, 21e, 21f)의 베이스에 공급하는 프로그램이 기억되어 도 12의 21a, 21b, 21c, 21d, 21e, 21f로 나타낸 각각의 부호에 대응하는 트랜지스터를 ON 시킨다. 예를 들면, 트랜지스터(21d 및 21e)가 ON이 될 때, 전류는 W →V방향으로 모터 권선(7V, 7W)에 흐르게 된다. 또한, 상술한 바와 같이, 모터 권선(7U, 7V, 7W)에 흐르는 전류는 마이크로컴퓨터(30)에 의해 소정 값으로 PWM 제어된다.

본 실시예에 의하면, Rp 및 Lp가 미리 측정되므로, 승산기(10) 대신에, Rp의 이득을 갖는 증폭기가 사용될 수 있고, 또한, 승산기(12) 대신에, Lp의 이득을 갖는 증폭기가 사용될 수 있다.

또한, 본 실시예에 의하면, 모터 권선(7U, 7V)의 전류와 전압이 모니터링되지만, 본 실시예는 이에 한정되는 않고 임의의 모터 권선의 전압과 전류가 모니터링되어도 좋다.

본 실시예의 무센서 무브러시의 제어회로(41)에 의하면, 회전자(6)의 자극의 위치는 항상 모니터링될 수 있으므로, 회전자(6)의 회전수가 부하의 변동에 의해 크게 변하는 경우에도, 모터(5)는 위상을 달리하지 않고 적절히 제어될 수 있다. 또한, 회전자(6)의 자극의 위치를 검출하기 위한 신호가 적분되므로, 신호에 중첩된 전기적 노이즈에 영향을 받지 않고 상기 자극의 위치는 정확하게 검출될 수 있다.

(제5 실시예)

제4 실시예에 의하면, 모터 권선(7U, 7V, 7W)의 저항값과 이들과 모터구동회로(17)를 결선하는 케이블(3U, 3V, 3W)의 저항값의 합성 저항값(Rp)이 측정기에 의해 미리 측정되어 마이크로컴퓨터(30)에 기억되지만, 본 실시예에 의하면, Rp가 자동적으로 측정되어 마이크로컴퓨터(30)에 기억되는 경우가 기술된다.

도 13은 본 발명의 제5 실시예에 따른 무센서 무브러시 모터의 제어회로(42)의 구성을 도시하는 블록도이다.

본 실시예에 의한 제어회로(42)는 제4 실시예의 제어회로(41)에 새로 저대역통과필터(22, 23)를 추가함으로써 구성된다. 그 밖의 구성은 제어회로(41)의 것과 동일하므로, 이러한 구성요소에는 제어회로(41)와 동일한 부호가 부착된다.

저대역통과필터(22)는 차분 증폭기(9)와 구동제어회로(19)에서 도시하지 않은 마이크로컴퓨터(30)에 접속된다.

저대역통과필터(22)는 차분 증폭기(9)로부터 Iu-Iv를 수신하고, 그 위에 중첩된 고주파 노이즈를 제거한 뒤 마이크로컴퓨터(30)에 출력한다.

저대역통과필터(23)는 차분 증폭기(8) 및 구동제어회로(19)에서 도시하지 않은 마이크로컴퓨터(30)에 접속된다. 저대역통과필터(23)는 차분 증폭기(8)로부터 케이블(3U, 3V)의 케이블간 전압(Vu-v)을 수신하여, 그 위에 중첩된 고주파 노이즈를 제거한 뒤 마이크로컴퓨터(30)에 이 신호를 출력한다.

이와 같이 저대역통과필터(22, 23)를 사용하는 것은 차분 증폭기(9)로부터 출력된 신호(Iu-Iv)나 차분 증폭기(9)로부터 출력된 신호(Vu-v)에는 모터 권선(7U, 7V, 7W)의 전류 전환이나 이들의 PWM 제어 등에 의해 고주파 노이즈가 중첩되므로, 이 고주파 노이즈를 제거하여 측정 정밀도를 향상시키기 위해서이다.

상술한 바와 같이 구성된 무센서 무브러시 모터의 제어장치(42)의 동작이 설명된다.

또한, 여기서는 Rp를 자동 측정하는 순서만이 설명된다. 제어회로(42)의 그 밖의 동작은 제4 실시예에 의한 제어회로(41)의 것과 동일하다.

모터(5)의 기동시에, U →V방향으로 모터 권선(7U, 7V)에 직류전류가 흐르고케이블(3U, 3V)의 케이블간 전압은 차분 증폭기(8)에서 측정된다.

그 전압에서 저대역통과필터(23)에 의해 노이즈가 제거된 후, 마이크로컴퓨터(30)에 그 값이 기억된다.

다음에, 케이블(3U, 3V)에 흐르는 전류의 값이 차분 증폭기(9)에 의해 측정되고, 그 값에 중첩된 고주파 노이즈가 저대역통과필터(22)에 의해 제거된 뒤 마이크로컴퓨터(30)에 그 값이 기억된다.

마이크로컴퓨터(30)는 다음 식으로 Rp를 산출한다.

Rp=(Vu-v)/(Iu-Iv) ‥‥ (8)

마이크로컴퓨터(30)는 식(8)에 의해 산출된 Rp를 기억하고 모터(5)가 동작될 때 Rp 신호 설정회로(14)에 Rp를 출력한다. 또한, 승산기(10)에 의해 Iu-Iv에 이 Rp가 승산되어 자속 추정신호(Φu-n)의 산출에 이용된다.

또한, Rp를 측정시, 트랜지스터(21d)를 ON 되도록 하여 트랜지스터(21a)만을 PWM 제어함으로써 측정 정밀도가 향상될 수 있다.

또한, 여기서 차분 증폭기(9)에 의해 Iu-Iv가 산출되지만, Iu, Iv가 각기 검출되어 그 차이가 마이크로컴퓨터(30)에 의해 산출되는 구성도 가능하다.

또한, 연산의 결과로서 얻은 Rp의 값이 정상값 범위(예를 들면, 0.5 [Ω]에서 10 [Ω]까지)를 초과할 경우 알람이 출력되어 모터(5)가 구동되지 않게 하는 안전 장치가 설치되면 안전성이 향상될 수 있다.

본 실시예에 의하면, 모터 권선(7U, 7V, 7W)의 저항값과 케이블(3U, 3V, 3W)의 저항값의 합성저항값을 모터(5) 기동시에 자동적으로 측정하여, Rp로서승산기(10)에 이 값이 출력되므로, 종래의 무센서 무브러시 모터의 제어회로에서와 같이 측정기를 사용하여 미리 Rp를 측정할 필요가 없다.

따라서, 종래에는 무센서 무브러시 모터의 사용 현장에서 케이블(3U, 3V, 3W)이 연장되거나 모터(5)를 다른 모터로 교체할 때, 측정기를 사용하여 Rp를 재측정할 필요가 있었지만, 본 실시예의 제어회로(42)에 의하면, 이러한 작업이 필요 없어진다.

(제6 실시예)

상기 제4 실시예에 의하면, 모터 권선(7U, 7V, 7W)의 임피던스(Lp)가 측정기에 의해 미리 측정되어 마이크로컴퓨터(30)에 기억되지만, 본 실시예에 의하면 Lp를 자동으로 측정하여 그 Lp를 마이크로컴퓨터(30)에 기억시키는 경우를 설명한다.

도 14는 본 발명의 제6 실시예에 따른 무센서 무브러시 모터의 제어회로(43)의 구성을 나타내는 블록도이다.

본 실시예의 제어회로(43)에 의하면, 상기 제5 실시예에 따른 제어회로(42)의 저대역통과필터(22, 23)가 특히 고주파 제거용의 저대역통과필터(24, 25)로 대체된다. 그 밖의 구성은 제어회로(42)와 동일하고 제어회로(42)와 같은 구성요소에는 같은 번호를 붙인다.

본 실시예에 의하면, 모터 권선(7U, 7V, 7W)의 임피던스를 산출하기 위해, 예컨대, 1[㎑] 정도의 고주파의 교류전압이 사용된다. 또한, 이 교류전압은 구동제어회로(19)에서 도시하지 않은 마이크로컴퓨터(30)에 의해 PWM 제어되기 때문에 교류전압에는 PWM 주파수, 예컨대, 50[㎑]의 노이즈가 중첩된다. 그러므로, 예를 들어, 5[㎑]의 차단 주파수를 가진 저대역통과필터를 사용함으로써, 원하는 신호로부터 PWM 제어에 의한 노이즈가 제거될 수 있어 측정 정확도가 향상될 수 있다.

상기 설명한 바와 같이 구성된 무센서 무브러시 모터 제어회로(43)의 동작을 설명한다.

회전자(6)가 정지한 상태에서 모터 권선(7U, 7V)에 U →V 방향으로 회전자(6)가 회전 응답할 수 없는 고주파(예컨대, ft=1 [㎑]) 교류전압(Vu-v)이 인가된다. 회전자(6)는 모터 권선(7U, 7V)에 의해 발생한 반전하는 자계를 따라갈 수 없어 회전하지 않는다.

다음에, 차분 증폭기(9)는 이 때의 교류(Iu-Iv)를 검출한다. 이 값은 저대역통과필터(25)에 의해 고주파 노이즈가 제거된 후 구동제어회로에서 도시하지 않은 마이크로컴퓨터(30)에 기억된다.

한편, 차분 증폭기(8)는 케이블(3U, 3V)의 케이블간 전압을 검출한다. 이 값은 저대역통과필터(24)에 의해 고주파 노이즈가 제거된 후 마이크로컴퓨터(30)에 기억된다.

마이크로컴퓨터(30)는 기억된 교류전압(Vu-v)과 기억된 교류전류(Iu-Iv)로부터 다음과 같이 식(9)에 의해 Lp를 산출한다.

Lp = (Vu-v) / (2 ×π ×ft ×(Iu-Iv) ‥‥ (9)

마이크로컴퓨터(30)는 식(9)에서 Lp로서 제공된 값을 기억한다. 또한, 모터가 작동할 때, Lp 신호 설정회로(15)에 그 값이 출력된다. 이 Lp는 승산기(12)에의해 Iu-Iv가 곱해져 자속 추정신호(Φu-v)의 산출에 사용된다. 제어회로(43)의 그 밖의 동작은 제4 실시예와 동일하다.

또한, 계산 결과 얻은 Lp의 값이 정상값 범위(예를 들어, 0[mH]∼1[mH])를 초과할 경우에는 알람이 출력되어 모터(5)가 구동되지 않게 되는 안전장치가 설치되면, 안전성이 향상될 수 있다.

본 실시예에 의하면, 모터 권선(7U, 7V, 7W)의 임피던스가 모터(5) 정지 시에 자동으로 측정되어 Lp 신호 설정회로(15)에 Lp로서 출력되기 때문에, 종래의 무센서 무브러시 모터 제어회로에서와 같이 측정기를 사용하여 미리 Lp를 측정할 필요가 없다.

따라서, 종래에는 무센서 무브러시 모터의 사용 현장에서 모터(5)를 다른 모터로 교환한 경우에는 측정기를 사용하여 Lp를 재측정해야 했지만, 본 실시예의 제어회로(43)에 의하면 그와 같은 작업은 불필요해진다.

또한, Rp도 제5 실시예와 같이 제어회로(43)의 구성에 의해 측정될 수 있어 Rp와 Lp 모두 자동으로 측정될 수 있다.

또한, 초당 300 회전 이상의 고속으로 정상적으로 회전하는 자기 베어링식 터보분자펌프에 사용되는 무센서 무브러시 모터의 Lp는 작기 때문에, Lp의 검출을 생략하고 Lp를 미리 소정의 값(예를 들면, 수백 [μH])으로 설정함으로써 모터(5)가 작동할 수 있다.

(제7 실시예)

본 실시예에 의하면, 제6 실시예와 다른 수단으로 모터 권선(7U, 7V, 7W)의 인덕턴스(Lp)를 자동으로 측정하는 경우에 대해 설명한다.

도 15는 본 발명의 제7 실시예에 따른 무센서 무브러시 모터의 제어회로(44)를 나타내는 블록도이다. 제어회로(44)는 제4 실시예의 제어회로(41)에 샘플링 회로(26)를 더 추가하여 구성된다. 샘플링 회로(26)는 적분기(1)와 구동 제어회로에서 도시하지 않은 마이크로컴퓨터(30)에 접속된다. 샘플링 회로(26)가 마이크로컴퓨터(30)로부터 샘플링 신호 출력 지시를 받으면, 샘플링 회로(26)는 적분기(1)의 출력(X)값을 샘플링 하여 이 샘플링 신호를 마이크로컴퓨터(30)에 전송한다.

그 밖의 구성은 제어회로(41)와 동일하므로 제어회로(41)와 같은 구성요소에는 동일한 번호를 붙인다.

다음에, 본 실시예의 실행을 기초로 구성된 이론식을 설명한다.

샘플링 회로(26)에 의해 샘플링된 적분기(1)의 출력(X)은 다음과 같이 식(10)으로 표현된다.

X = Lp ×(Iu-Iv) + ∫Viu-vdt ‥‥ (10)

여기서, 모터 권선(7U, 7V, 7W)의 전류가 전환될 때, 식(10)의 첫 항 Lp ×(Iu-Iv)는 크게 변하지만, 두 번째 항 ∫Viu-vdt의 변화는 작다. 또한, 모터(5)에 공급되는 전류(Iu, Iv, Iw)는 전류가 일정치(Ip)가 되도록 구동제어회로(19)에 의해 PWM 제어되기 때문에, 식(10)을 고려하여 도 12에서 X의 파형도 상의 점 31과 점 31로 표시한 두 점간의 차인 X(32) - X(31)는 다음과 같이 식(11)로 표현된다.

X(32) - X(31) = Lp ×Ip ‥‥ (11)

여기서, 제어회로(44)는 제어회로(41)에 샘플링 회로(26)만을 부가하여 구성되기 때문에, 제어회로(44)의 파형도는 제어회로(41)의 파형도와 같아진다.

Lp는 식(11)으로부터 식(12)로 표현된다.

Lp = (X(32) - X(31))/Ip ‥‥ (12)

또한, 도 12의 파형에서 점 33과 점 34로 나타낸 두 점간의 차(12)와 그 평균이 산출되면 측정 정확도는 향상될 수 있다. 본 실시예에 의하면, 식(13)으로 나타낸 평균값을 마이크로컴퓨터(30)로 산출함으로써 Lp가 산출된다.

Lp = (X(32) - X(31) +(33) - (34))/2(2 ×Ip) ‥‥ (13)

도 12의 파형도를 참조하여 상기 설명한 바와 같이 구성된 무센서 무브러시 모터 제어회로(44)의 동작을 설명한다. 또한, 제4 실시예와 중복되는 부분은 생략한다.

점 31의 타이밍에서, 즉, 모터 권선(7U, 7V)에 U →V 방향으로 전류를 전환하기 직전에 마이크로컴퓨터(30)는 샘플링 회로(26)에 샘플링 신호 출력 시지를 출력하고 샘플링 회로(26)는 적분기(1)의 출력 X(31)를 샘플링한다. 또한, 마이크로컴퓨터(30)는 샘플링 회로(26)로부터 X(30)를 수신하여 X(30)를 기억한다.

다음에, 마찬가지로 마이크로컴퓨터(30)는 샘플링 회로(26)를 통해 점 32의 타이밍에서, 즉, 모터 권선(7U, 7V)에 U →V 방향으로 전류를 전환하기 직전에 적분기(1)의 출력 X(32)를 수신하여 X(32)를 기억한다.

또한, 모터 권선(7U, 7V, 7W)의 전류를 전환한 직후 적분기(1)의 출력(X)에는 노이즈가 나타나기 때문에, 이 노이즈가 없어질 때까지의 단시간(예컨대, 50 μ초)이 마이크로컴퓨터(30)의 내부 타이머에 의해 카운트되고, 이어서 X(32)가 샘플링된다.

마찬가지로, X(33)와 X(34)도 샘플링되어 그 값들이 마이크로컴퓨터(30)에 기억된다.

또한, Ip의 설정값이 마이크로컴퓨터(30)에 기억된다.

다음에, 마이크로컴퓨터(30)는 식(13)에서 적분기(1)의 기억된 출력 X(31), X(32), X(33), X(34)를 대입함으로써 Lp를 산출한다. 마이크로컴퓨터(30)는 이 Lp를 기억한다. 또한, 모터(5)가 작동할 때, Lp가 Lp 신호 설정회로(15)에 출력된다. 그리고, 이 Lp는 승산기(12)에 의해 Iu-Iv가 곱해져 자속 추정신호(Φu-v)를 산출하는데 사용된다. 제어회로(43)의 그 밖의 동작은 제4 실시예와 같다.

또한, 제어회로(44)에 의하면, Iu와 Iv가 차분 증폭기(9)에 의해 모니터되고, 따라서 모니터된 값이 Ip로 사용될 수도 있다.

산출결과로서 제공된 Lp의 값이 정상값 범위(예컨대, 0[mH]∼1[mH])를 초과할 경우에는 알람을 출력하여 모터(5)가 구동되지 않게 되는 안전장치가 설치되면, 안전성이 향상될 수 있다.

본 실시예에 의하면, 모터 권선(7U, 7V, 7W)의 임피던스를 미리 측정할 필요가 없으며, 또한, 제6 실시예에서와 마찬가지로 모터(5)가 다른 모터로 교체될 때에도 모터 권선(7U, 7V, 7W)의 임피던스를 다시 측정할 필요가 없다.

(제8 실시예)

본 실시예에 의하면, 모터 권선(7U, 7V, 7W)의 저항값과 케이블(3U, 3V, 3W)의 저항값과의 합성저항의 값(Rp) 및 모터 권선(7U, 7V, 7W)의 인덕턴스(Lp)를 별도의 수단으로 자동으로 측정하는 경우에 대해 설명한다.

본 실시예에 의하면, 회전자가 소정의 회전수로 자유롭게 회전할 때의 ROT 신호와 이것에 구동전압을 공급한 직후의 ROT 신호, 즉, 회전자가 자유롭게 회전할 때의 모터 권선에 유도된 전압과 상기 구동전압으로부터 Rp와 Lp가 측정된다.

도 16은 본 발명의 제8 실시예에 따른 무센서 무브러시 모터 제어회로(45)의 구성을 나타내는 블록도이다. 제어회로(45)는 제4 실시예의 제어회로(41)에 케이블(27)을 더 추가하여 구성된다. 케이블(27)은 적분기(1)의 출력(X)을 구동제어회로에서 도시하지 않은 마이크로컴퓨터(30)에 전송한다.

그 밖의 구성은 제어회로(41)와 동일하기 때문에, 제어회로(41)와 같은 구성성분에는 같은 번호를 붙인다.

다음에, 본 실시예를 기초로 구성된 이론식에 대해 설명한다.

회전자의 각 주파수 = ω

차분 증폭기(9)의 출력 Iu-Iv=I

구동전압(5)에서 모터 권선(7U, 7V)간의 전압차 Vu-v=Vd

회전자(6)가 자유롭게 회전할 때의 모터 권선의 유도 기전력의 실제 값 Viu-v=Vir

회전자(6)가 자유롭게 회전할 때의 모터 권선의 유도 기전력의 추정값 Viu-v=Vie

Rp의 실제값 = Rpr

Rp의 추정값 = Rpe

Lp의 실제값 = Lpr

Lp의 추정값 = Lpe

Vir와 Vd의 위상차 = θ1

Vir와 Ve의 위상차 = θ2

여기서, Rp의 추정값(Rpe)과 Lp의 추정값(Lpe)은 마이크로컴퓨터(30)에 기억된 상정값이다. 초기치는 Rpe=Lpe=0이고 Rpr과 Lpr은 여러 번 반복하여 측정되어 매번 산출되는 Rpr의 실제값과 Lpr의 실제값에 의해 계속해서 갱신된다.

이 관계는 도 17에 나타낸 것과 같은 전압 벡터도로 나타내고 있다.

전압의 검출값에는 고주파 노이즈가 많이 중첩되기 때문에, 도 17의 변량을 적분함으로써 발생한 값으로부터 Rpr과 Lpr이 산출될 때 산출 정확도가 향상된다.

도 18은 도 17의 변량을 적분하여 구성된다. 도 17의 변량이 적분될 때 각각의 벡터는 반시계방향으로 90°만큼 회전하지만, 즉, 전압의 벡터에 대해 위상이 90° 지연되지만, 도 18은 이를 보기 쉽게 하기 위해 시계방향으로 90°만큼 회전시켜 도시하고 있다.

다음의 관계식은 도 18의 벡터도로부터 성립된다.

θ2=θ1-arcsin(ω ×Lpe ×I/Vd)

Vie/ω=Vd ×cos(θ1-θ2)/ω-RpeI/ω

I ×(Rpr-Rpe)/ω=(Vie-Vir ×cosθ2)/ω

I ×Lpr-I ×Lpe=Vir ×sinθ2/ω

상기 관계식으로부터 식(14)과 식(15)이 다음과 같이 산출된다.

Rpr=(Vie-Vir ×cosθ2)I+Rpe ‥‥ (14)

Lpr=Vir ×sinθ2/(ω ×I)+Lpe ‥‥ (15)

즉, Vd/ω, Vir/ω 및 θ1이 측정될 때 Rpr은 식(14)으로부터 산출될 수 있고, Lpr은 식(15)으로부터 산출될 수 있다.

무센서 무브러시 모터 제어회로(45)의 동작을 다음과 같이 설명한다.

전술한 바와 같이, 마이크로컴퓨터(30)에 기억되는 Rpe와 Lpe는 Rpe=Lpe=0으로 초기화된다.

회전자(6)는 정지상태에서 개루프에 의해 기동되고 소정의 회전 속도(ω)(예컨대, 초당 20회전)로 가속된다.

회전자의 회전수가 소정의 값(ω)에 도달하면, 모터(5)에 공급되는 전류가 일시 중단되고 회전자(6)는 자유롭게 구동된다. 이 때, 차분 증폭기(8)로부터 모터 권선의 유도 기전력의 실제값(Vir)이 산출된다. 적분기(1)의 출력은 케이블(27)을 통해 마이크로컴퓨터(30)에 기억된다.

다음에, Vir의 측정 직후에 모터 권선(7U, 7V, 7W)에 계속해서 전류가 공급된다. 이 때의 모터 권선(7U, 7V)간의 전압차(Vd)는 차분 증폭기(8)에 의해 출력된다. 적분기(1)의 출력은 케이블(27)을 통해 마이크로컴퓨터(30)에 기억된다. 또한, θ1은 후술하는 방법에 의해 상기의 전류 ON/OFF 동작과 동시에 획득된다.

다음에, θ1의 측정에 관해 설명한다.

마이크로컴퓨터(30)는 회전자가 자유롭게 구동될 때 도 19에 도시한 것과 같은 ROT 신호를 구동제어회로(19)에서 도시하지 않은 비교기(4)로부터 수신한다.

마이크로컴퓨터(30)는 내부 타이머(예컨대, 매 10 μ초로 카운트 업)를 구비하며, 상기 ROT 신호에 동기하여 회전자(6)가 1회전하는 동안 타이머의 펄스를 카운트한다. 예컨대, 회전자(6)가 0.1초마다 1회전할 때 타이머의 카운트 수(Nr)는 1000이 된다.

그 직후에서부터 마이크로컴퓨터(30)는 타이머의 카운트 수가 1000이 될 때마다 0에서부터 카운트를 재개한다. 회전자(6)는 자유 회전 기간동안에는 회전수가 거의 일정하기 때문에 ROT 신호와 타이머의 카운트 동작은 서로 동기한다.

다음에, 마이크로컴퓨터(30)는 모터 권선(7U, 7V, 7W)에 전류 공급을 재개할 때 ROT 신호를 전환하는 시점에서 카운트 수(Ne)를 기억한다. 이 ROT 신호는 도 19에 도시한 바와 같이 자유 회전시의 ROT 신호의 주기와 동기하여 거의 같지만, 위상은 θ1 앞선다.

마이크로컴퓨터(30)는 Nr과 Ne의 값으로부터 θ1을 산출한다.

예컨대, 카운트 수 Nr=1000이고 카운트 수 Ne=900일 때, Vir와 Vd의 위상차(θ1)는 다음과 같이 산출된다.

θ1=(Nr-Ne)/Nr ×360°=36°

상기한 바와 같이 Vd/ω, Vir/ω 및 θ1이 산출되기 때문에, 마이크로컴퓨터(30)는 식(14)과 식(15)에 따라 Rpr과 Lpr을 산출한다.

다음에, 마이크로컴퓨터(30)는 Rpr과 Lpr의 값으로 Rpe와 Lpe의 값을 갱신한다.

상기 과정을 모터(5) 기동시에 여러 번 반복함으로써 보다 정확한 Rpr과 Lpr이 산출될 수 있다.

제어장치(45)는 상기 과정에 의해 획득된 Rpe와 Lpe에 의해 자속 추정신호(Φu-v)를 산출하여 의해 모터(5)를 피드백 제어한다. 그 동작은 제4 실시예와 같다.

또한, 계산 결과 얻은 Rpe와 Lpe의 값이 본 실시 범위(예를 들어, 0.5[Ω]∼10[Ω]과 0[mH]∼1[mH])를 초과할 경우에는 알람이 출력되어 모터(5)가 구동되지 않게 되는 안전장치가 설치되면, 안전성이 향상될 수 있다.

본 실시예에 의하면, Rpr와 Lpr를 모터(5) 기동시에 자동으로 측정하여, 그 값에 의해 자속 추정신호(Φu-v)가 산출되기 때문에, 종래의 무센서 무브러시 모터의 제어회로와 같이 측정기를 사용하여 미리 Rpr과 Lpr를 측정할 필요가 없다.

따라서, 종래에 무센서 무브러시 모터의 사용 현장에서 모터(5)를 다른 모터로 교환한 경우에는 측정기를 사용하여 Rpr과 Lpr를 재측정해야 했지만, 본 실시예의 제어회로(45)에 의하면 그와 같은 작업은 불필요해진다.

또한, 본 실시예에 의하면, 적분기(1)로부터 마이크로컴퓨터(30)까지 케이블(27)을 증설하는 것만으로 Rpe와 Lpe가 측정될 수 있기 때문에, 제6 실시예 및 제7 실시예의 제어회로보다 회로구성이 간단해진다.

또한, 본 실시예에 의하면, 모터 권선(7U, 7V)을 사용하여 Rpr과 Lpr이 산출되지만, 이것에 한정하는 것이 아니라 임의의 모터 권선에 의해 Rpr과 Lpr가 측정될 수 있다.

본 실시예에 의하면, 자기 부상식 터보분자 펌프와 같이 기동시간이 약 3∼10분으로 긴 경우에는, θ1이 회전자의 가속도가 작게 높은 정밀도로 측정될 수 있다.

(제9 실시예)

본 실시예에 의하면, 제4 실시예에 따른 제어회로(41)(도 11)에 저항값 신호(Rp)와 인덕턴스값 신호(Lp)를 일시적으로 0으로 하는 기능 등을 추가함으로써, 제어회로(41)를 사용하여 제2 실시예에 따른 제어회로(142)(도 3)와 같은 기능이 실현될 수 있다. 이것에 의해, 새로운 기능이 추가된 제어회로(41)에 의해 제어회로(142)의 기능을 겸용할 수 있고, 모터(5)는 PLL 회로(16)가 닫힐 수 없는 저속회전으로부터 정상 회전까지 구동될 수 있다. 또한, 정상 회전이란 회전자를 소정의 회전 주파수(예컨대, 매분 30,000회전)로 정상적으로 회전시키는 것을 말한다.

도 21은 본 실시예에 따른 제어회로(47)의 구성을 나타낸 도면이다. 제어회로(47)는, Rp 신호 설정회로(14)의 출력이 저항값 신호(Rp)나 0으로 전환될 수 있다는 점과, Lp 신호 설정회로(15)의 출력이 인덕턴스값 신호(Lp)나 0으로 전환될 수 있다는 점을 제외하고, 제4 실시예에 의한 제어회로(41)(도 11)와 같다.

이하에 제어회로(47)의 구성의 개요를 설명한다.

모터구동회로(17)는 모터(5)에 전류를 공급하는 전류 공급수단을 구성한다.

Rp 신호 설정회로(14), 차분 증폭기(9), 승산기(10) 및 가산기(11)는, 전원장치로부터의 배선과 모터 권선(7U, 7V, 7W)의 합성저항에 의해 발생한 전압 변화의 보정량을 케이블간 전압에서 감산하여 저항량을 보정하는 저항량 보정수단을 구성하고 있다.

차분 증폭기(8)는 모터 권선(7U, 7V)의 케이블간 전압을 획득하는 케이블간 전압 획득수단을 구성한다. 적분기(1)는 자속신호 획득수단을 구성하여, 케이블간 전압을 적분함으로써 자속신호(모터 권선(7U, 7V)의 인터링크 자속을 추정하는 신호이기 때문에 이하 자속 추정신호(Φ)라 한다)를 얻는다.

Lp 신호 설정회로(15), 차분 증폭기(9), 승산기(12) 및 가산기(13)는, 승산기에서 모터 권선(7U, 7V)의 리액턴스에 의해 발생한 전압 변화를 적분기(1)의 출력에서 감산하여 자속 추정신호(Φ)를 보정하는 리액턴스량 보정수단을 구성한다.

비교기(4)는 자극위치 획득수단을 구성한다. 자속 추정신호(Φ)의 위상은 회전자(6)의 자극위치와 대응관계가 있으므로 자속신호(Φ)의 위상을 검출함으로써 자극위치를 검출할 수 있다. 그래서, 비교기(4)는 접지 레벨과 자속신호(Φ)를 비교함으로써 자속 추정신호(Φ)의 위상이 2nπ 또는 (2n-1)π가 되는 점을 검출하여 자극위치를 검출할 수 있다. 단, n은 정수이다.

한편, Rp 신호 설정회로(14)는 저항값 신호(Rp)(=Rc+Ru=Rc+Rw=Rc+Rv)와 0의 두 값을 마이크로컴퓨터(30)로부터의 신호에 의해 선택적으로 출력한다.

또한, Lp 신호 설정회로(15)도 인덕턴스값 신호(Lp)(=Lu=Lw=Lv)와 0의 두 값을 마이크로컴퓨터(30)로부터의 신호에 의해 선택적으로 출력한다.

Rp 신호 설정회로(14)와 Lp 신호 설정회로(15)의 출력을 모두 0으로 설정하면, 승산기(12) 및 승산기(10)의 출력은 모두 무효가 되어, 제2 실시예에 따른 제어회로(142)의 차분 증폭기(103), 직류차단필터(102), 적분기(101) 및 비교기(104)로 구성되는 회로와 같은 구성의 회로를 실현할 수 있다. 예컨대, 제어회로(47)가 제어회로(142)와 같이 동작하는 경우를 제1 모드, 제어회로(41)와 같이 동작하는 경우를 제2 모드로 하면, 제어회로(47)는 저항값 신호(Rp) 및 임피던스값 신호(Lp)를 출력함으로써 제2 모드로 동작하고, 이들 신호를 0으로 함으로써 제1 모드로 동작한다.

마이크로컴퓨터(30)는, 예컨대 비교기(4)로부터 수신되는 ROT 신호에 의해 회전자(6)의 회전 주파수를 모니터한다.

비교기(4)에 의해 출력되는 ROT 신호는 회전자(6)의 회전에 동기하여 회전자(6)의 1회전마다 Hi와 Lo를 반복하기 때문에, 단위시간당 ROT 신호의 상승 또는 하강을 카운트함으로써 회전자(6)의 회전 주파수가 산출될 수 있다.

마이크로컴퓨터(30)는 산출한 회전자(6)의 회전 주파수가 소정의 값(가속 시에는 30 [Hz], 감속 시에는 60 [Hz])보다 큰 경우에는 Rp 신호생성회로(14) 및 Lp 신호생성회로(15)로부터 각각 저항값 신호(Rp) 및 인덕턴스값 신호(Lp)를 출력시킨다. 이 경우, 저항값 신호(Rp) 및 인덕턴스값 신호(Lp)가 출력되기 때문에 회로구성은 제어회로(41)와 같아지게 된다.

또한, 마이크로컴퓨터(30)는 제4 실시예와 같이 모터(5)를 구동한다. 즉, 비교기(4)는 자속 추정신호(Φ)로부터 ROT 신호를 생성하고, PLL 회로(16)는 ROT 신호로부터 12 ×f ROT 신호를 생성한다. 또한, 마이크로컴퓨터(30)는 12 ×f ROT 신호에 동기하여 모터구동회로(17)의 트랜지스터(21a, 21b, 21c, 21d, 21e, 21f)를 ON/OFF하여 모터 권선(7U, 7V, 7W)에 3상 교류를 흐르게 함으로써 회전자(6)를 회전시킨다(제2 모드).

마이크로컴퓨터(30)는 산출한 회전자(6)의 회전 주파수가 소정의 값보다 작은 경우에는 Rp 신호생성회로(14) 및 Lp 신호생성회로(15)의 출력을 0으로 한다. 이 경우, 승산기(10, 12)의 출력이 무효가 되기 때문에 회로구성은 제어회로(142)와 같아지게 된다.

그리고, 마이크로컴퓨터(30)는 제2 실시예와 같이 모터(5)를 구동한다. 즉, 비교기(4)로부터 출력되는 ROT 신호에 동기하여 트랜지스터(21b, 21c, 21e, 21f)를 ON/OFF하여 전류를 V →W 방향(구동전압벡터(3)가 출력된 경우) 및 W →U 방향(구동전압벡터(5)가 출력된 경우)으로 교대로 흐르게 함으로써 회전자(6)를 회전시킨다(제1 모드).

이와 같이, 마이크로컴퓨터(30)는 회전자(6)의 회전 주파수에 따라 제1 모드와 제2 모드를 선택하는 선택수단을 구성하는 동시에, 제1 모드로 모터(5)를 구동할 때에 저항값 신호(Rp) 및 인덕턴스값 신호(Lp)를 0으로 함으로써 가산기(11, 13)에 의한 보정을 무효로 하는 보정 무효수단도 구성한다.

또한, 마이크로컴퓨터(30)는 구동전압벡터의 구동 타이밍 획득수단도 구성하여, 제1 모드에서는 비교기(4)의 ROT 신호로부터 구동전압벡터의 구동 타이밍(제1 구동 타이밍)을 획득하고, 제2 모드에서는 PLL 회로(16)의 12 ×f ROT 신호로부터 구동 타이밍(제2 구동 타이밍)을 획득한다. 그리고 마이크로컴퓨터(30)는, 제1 구동 타이밍에 의해 제1 모드에 따라 트랜지스터(21b, 21c, 21e, 21f)를 ON/OFF하는 제1 구동전압벡터 출력수단과, 제2 구동 타이밍에 의해 제2 모드에 따라 트랜지스터(21a, 21b, 21c, 21d, 21e, 21f)를 ON/OFF하는 제2 구동전압벡터 출력수단을 구성한다.

도 22는 본 실시예에 따른 제어회로(47)의 동작 모드와 회전자(6)의 회전 주파수의 관계를 나타낸 도면이다.

제어회로(47)가 제어회로(142)와 같이 동작하여 회전자(6)가 가속 또는 정상 회전하는 경우를 2상 가속모드라 하고, 반대로 회전자(6)가 감속하는 경우는 2상 감속모드라 한다. 또한, 양자를 구별하지 않은 경우에는 간단히 2상 모드라 한다.

또한, 제어회로(47)가 제어회로(41)와 같이 동작하여 회전자(6)가 가속 또는 정상 회전하는 경우를 3상 가속모드라 하고, 반대로 감속하는 경우는 3상 감속모드라 한다. 또한 양자를 구별하지 않은 경우에는 간단히 3상 모드라 한다.

2상 감속모드 및 3상 감속모드는 각각 2상 가속모드와 3상 가속모드의 자계의 방향을 반전하여 구성된다. 즉, 자계의 위상을 180도 시프트한다.

이와 같이 자계의 극성을 반전하면, 후술하는 바와 같이, 자계는 회전자(6) 회전의 역방향으로 토크를 발생시킨다.

모드의 전환은 도 22에 나타낸 <1>부터 <8>까지의 8가지가 있다.

<1>의 모드전환은 회전자(6)가 2상 가속모드에서 가속중에 모드가 전환되어 회전자(6)가 2상 감속모드로 감속되어 정지되는 경우를 나타낸다. 이것은, 예컨대, 회전자(6)가 회전을 시작한 후에 회전주파수가 30 [Hz]보다 작아질 때 사용자가 모터(5)를 정지시키는 경우나, 모터(5)의 안전장치가 작동하여 모터(5)가 정지하는 경우 등이다.

이하, 마찬가지로 <2>의 모드전환은 2상 감속모드에서 2상 가속모드로 전환하는 경우이다. <3>의 모드전환은 2상 가속모드에서 3상 가속모드로 전환하는 경우이다. <4>의 모드전환은 3상 가속모드에서 2상 감속모드로 전환하는 경우이다. <5>의 모드전환은 2상 감속모드에서 3상 가속모드로 전환하는 경우이다. <6>의 모드전환은 3상 감속모드에서 2상 감속모드로 전환하는 경우이다. <7>의 모드전환은 3상 가속모드에서 3상 감속모드로 전환하는 경우이다. <8>의 모드전환은 3상 감속모드에서 3상 가속모드로 전환하는 경우이다.

상기와 같이 구성된 본 실시예에 의한 제어회로(47)는 다음과 같이 동작한다. 또한, 여기서는 회전자(6)가 정지상태에서부터 2상 가속모드 및 3상 가속모드를 거쳐 정상 회전(예컨대, 매분 30,000회전)으로 회전한 뒤, 3상 감속모드 및 2상 감속모드로 감속되어 정지하는 경우에 관해 설명한다. 즉, 가속 시에는 회전자(6)의 회전 주파수가 30 [Hz]로 <3>의 모드전환을 하고, 감속 시에는 60 [Hz]로 <6>의 모드전환을 한다.

[정지에서부터 정상 회전으로 가속하는 경우]

제어회로(47)는 2상 가속모드에 의해 모터(5)를 기동한다. 즉, 마이크로컴퓨터(30)는 Rp 신호 설정회로(14) 및 Lp 신호 설정회로(15)의 출력을 각각 0으로 한 후, 모터구동회로(17)의 트랜지스터(21a, 21b, 21c, 21d, 21e, 21f)를 ON/OFF되게만드는 것에 의해 구동전압벡터(3)와 구동전압벡터(5)를 교대로 출력한다. 트랜지스터(21c, 21f)가 ON될 때, 구동전압벡터(3)가 모터 권선(7V, 7W)에 출력되고 트랜지스터(21e, 21b)가 ON될 때, 구동전압벡터(5)가 모터 권선(7W, 7U)에 출력된다.

또한, 도 23은 구동전압벡터의 번호, 모터 권선(7U, 7V, 7W)에 흐르는 전류의 방향 및 전환하는 트랜지스터(21a, 21b, 21c, 21d, 21e, 21f)의 관계를 도시한다. 예를 들면, 도 23으로부터 명백한 것처럼, 구동전압벡터(1)가 출력될 때, 모터구동회로(17)에 의해 공급되는 전류의 방향은 모터 권선(7U)으로부터 모터 권선(7V)으로의 방향이고, ON 전환되는 트랜지스터는 트랜지스터(7a, 7d)이다. 마찬가지로 도 23으로부터 다른 구동전압벡터와 전류의 방향 및 ON 전환되는 트랜지스터의 관계를 판독할 수 있다.

모터(5)가 움직인 직후에, 마이크로컴퓨터(30)는 직류에 가까운 낮은 주파수로 구동전압벡터(3, 5)를 교대로 출력한다. 그 후, 회전자(6)는 자계에 이끌리고 회전을 시작한다. 회전자의 회전 주파수가 약 1[HZ]가 될 때, 자속 추정신호(Φ)가 출력되고 비교기(4)가 ROT 신호를 출력한다.

마이크로컴퓨터(30)가 비교기(4)로부터 수신된 ROT 신호에 동기하여 트랜지스터(21b, 21c, 21e, 21f)를 ON/OFF 되게 함으로써, 구동전압벡터(3)와 구동전압벡터(5)를 교대로 출력한다. 또한, ROT 신호가 Hi일 때는 구동전압벡터(5)가 출력되고, ROT 신호가 Lo일 때는 구동전압벡터(3)가 출력된다. 회전자(6)의 회전 주파수가 이런 경로로 약 1[Hz]가 될 때, 구동전압벡터(3, 5)의 출력은 회전자(6)의 자극의 위치를 감지함으로써 피드백 제어될 수 있다.

회전자(6)의 회전이 상술한 제어에 의해 가속된다. 또한, 마이크로컴퓨터(30)가 회전자의 회전수가 ROT 신호로부터 30[Hz]에 도달하는 것을 감지하면, 약 10[μ초] 내지 0.1[초] 동안 모터구동회로(17)의 모든 트랜지스터가 OFF되어 모터구동회로(17)가 일시 정지된 후 모터가 3상 가속모드로 이행한다. 이것은 트랜지스터(21a, 21b, 21c, 21d, 21e, 21f)가 모드 전환시에 단락되는 것을 방지한다.

마이크로컴퓨터(30)가 3상 가속모드로 이행할 때, 마이크로컴퓨터(30)는 Rp 신호 설정회로(14) 및 Lp 신호 설정회로(15)에 각각 저항값 신호(Rp)와 인덕턴스값 신호(Lp)를 출력하는 동시에, 모터구동회로(17)의 트랜지스터 (21a, 21b, 21c, 21d, 21e, 21f)를 ON/OFF 시킴으로써 구동전압벡터(1~6)를 모터 권선(7U, 7V, 7W)에 공급하기 시작한다.

자속 추정신호(Φ)가 가산기(13)로부터 제공되고, 이것에 의해 ROT 신호가 비교기(4)로부터 제공된다. PLL 회로(16)는 비교기(4)로부터 제공된 ROT 신호로부터 12 ×f ROT 신호를 생성한다.

마이크로컴퓨터(30)는 PLL 회로(13)로부터 12 ×f ROT 신호를 제공받고 제4 실시예와 마찬가지로 모터 권선 (7U, 7V, 7W)에 공급하는 전류의 전환을 피드백 제어한다.

회전자(6)는 상기 서술된 3상 가속모드에 의해 분당 약 30, 000회전으로 가속화된 후 정상 회전을 수행한다.

[정상 회전으로부터 감속하여 정지하는 경우]

모터(5)가 정지할 때, 회전자(6)의 자극에 모터 권선(7U, 7V, 7W)에 의해 발생된 자계를 작용시킴으로써 모터(5)가 정지된다. 우선, 회전자(6)를 감속시키는 방법을 설명할 것이다.

도 24는 자계에 의해 회전자(6)가 감속되는 기술을 설명하는 도면을 도시한다. 도 24a는 회전자(6)를 가속하는 경우를 보여주는 도면이다. 회전자(6)는 종이 면에 대go 시계 방향으로 회전된다. 회전자(6)의 위아래에 배치된 자극은 모터 권선(7U, 7V, 7W)에 의해 생성된 자계를 나타낸다. 도 24a의 경우에는 모터 권선(7U, 7V, 7W)에 의한 자계가 종이 면의 상부 측면을 향해 형성된다.

회전자 축(6)의 자극 및 모터 권선(7U, 7V, 7W)이 생성한 자계가 도면에 도시된 바와 같은 관계가 있고 , 즉, 회전자 축(6)의 회전하는 방향으로 회전자 축(6)의 자극을 반발시키기 위한 자계가 형성될 때 회전자 축(6)이 가속된다.

한편, 도 24(b)에 도시된 바와 같이 회전자 축(6)이 회전하는 방향으로 회전자 축(6)의 자극이 반발하도록 자계가 형성될 때 회전자 축(6)은 감속된다.

회전자 축(6)이 감속될 때, 가속 시에 출력된 구동전압벡터와 역방향인 구동전압벡터는 2상 감속모드의 경우에 ROT 신호에 동기하여 출력되며 3상 감속모드의 경우에는 12 ×f ROT 신호에 동기하여 출력될 것이다.

안정 상태 회전(약 30, 000 회전/분)으로 회전자(6)가 정지하는 경우, 마이크로컴퓨터(30)는 3상 가속모드로부터 3상 감속모드로 전환된다. 또한, 마이크로컴퓨터(30)는 PLL 회로(16)로부터 출력된 12 ×f ROT 신호에 기초한 트랜지스터(21a,21b, 21c, 21d, 21e, 21f)에 소정의 게이트 신호를 공급하고 모터 권선(7U, 7V, 7W)의 전류를 연속적으로 전환한다. 이러한 경우, 모터 권선(7U, 7V, 7W)에 공급된 전류는 3상 가속모드에 대해 반대 방향이다. 예를 들면, 3상 가속모드의 경우에, 도 12의 참조에 의해, 12 ×f ROT의 기점이 되는 ROT 신호가 상승하는 순간에, 트랜지스터(21c, 21b)가 ON으로 되어 전류가 V → U 방향으로 흐른다( 구동전압벡터(1)). 모터 권선(7U, 7V)에 의해 발생된 자계가 역방향이기 때문에, 전류는 U → V 방향으로 흐른다(구동전압벡터(4)). 이 때문에, 마이크로컴퓨터(30)는 트랜지스터(21a, 21d)를 ON되게 할 수 있다.

이러한 방법으로, 마이크로컴퓨터(30)는 12 ×f ROT 신호에 동기하여 3상 가속모드의 경우에는 모터 권선(7U, 7V, 7W)에 역방향 전류를 공급하여 회전자(6)를 감속시킨다.

마이크로컴퓨터(30)는 비교기(4)에 의해 출력된 ROT 신호에 의한 회전자(6)의 회전 주파수를 모니터하여 회전자(6)의 회전 주파수가 60[Hz]로 저하되는 것을 감지할 때, 모터구동회로(17)의 제어 모드가 3상 감속모드에서 2상 감속모드로 전환된다. 또한 이 모드 전환시에도 트랜지스터(21a, 21b, 21c, 21d, 21e, 21f)가 단락되는 것을 방지하기 위하여 모터구동회로(17)를 일시 정지시킨다.

마이크로컴퓨터(30)는 2상 감속모드일 때 Rp 신호 설정회로(14)와 Lp 신호 설정회로(15)의 출력을 모두 0으로 하여 트랜지스터(21b, 21c, 21e, 21f)를 ON/OFF시킴으로써 구동전압벡터(3)와 구동전압벡터(5)를 교대로 출력한다. 그러나, 2상 가속모드의 경우와 반대로, 구동전압벡터(3)는 ROT 신호가 Hi일 때 출력되고 구동전압벡터(5)는 ROT 신호가 Lo일 때 출력된다.

상기 서술한 것과 같이, 회전자(6)는 3상 감속모드 및 2상 감속모드를 병용함으로써 즉시 정지된다.

상기 서술된 실시예에 따라, 이하의 효과가 얻어진다.

제 2 실시예에 의한 제어회로(142)의 기능(도 3)은 제 4 실시예(도 11)에 따른 제어회로(41)의 일부를 사용함으로써 실현되기 때문에, 제어회로(47)를 사용함으로써 회전자(6)가 PLL 회로(16)를 닫을 수 있는 주파수(예를 들면, 약20[Hz]) 이하의 회전 주파수로 회전될 때조차, 자극의 위치를 검출함으로써 자계가 피드백 제어될 수 있고, 또한, 모터(5)가 정상으로 동작될 때, 급속한 부하 변동이 일어나는 경우에도 위상이 어긋나는 일 없이 동작이 유지될 수 있다.

그러므로, 모터(5)의 기동시간을 단축하는 것이 가능할 뿐만 아니라 정상 작동중의 안정성이 증진되는 것이 가능하다.

또한, 모터(5)의 정상 작동 및 기동이 단일 제어회로(47)에 의해 제어되는 것이 가능하다. 또한, 제어회로(142)를 제어회로(41)에 추가할 필요가 없어 제조비용이 감소되는 것이 가능하다.

또한, 상기 실시예에 의하면, 적분기(1)로부터 출력된 자속 추정신호(Φ)는 가산기(13)를 통해 비교기(4)에 입력되고, 가산기(13)와 비교기(4) 사이에 직류차단필터가 삽입되더라도, 제어회로(47)의 작동은 아래와 같은 이유에 의해 보다 안정될 수 있다.

2상 모드에 의하면, Lp 신호 설정회로(15)로부터 출력된 신호는 무효가 되기때문에 이론적으로는 승산기(12)의 출력은 취소되는 것이 가능하다. 그러나, 승산기(12)는 증폭기와 같은 각종 소자의 조합으로 제작되기 때문에, 이러한 소자의 성질에 의해 인덕턴스값 신호(Lp)가 무효가 될 때에도 승산기(12)로부터 오프셋 전압(직류)이 출력되는 경우가 있다.

그러므로, 2상 모드에서 가산기(13)로부터 출력된 자속 추정신호(Φ)에 직류 성분이 중첩되는 경우가 있다. 한편, 비교기(4)는 자속 추정신호(Φ)와 접지 레벨을 비교하기 때문에, 자속 추정신호(Φ)가 오프셋인 경우 적절하게 동작할 수 없다. 그러므로, 직류차단필터가 가산기(13)와 비교기(4) 사이에 삽입되고 가산기(13)에 의해 중첩된 직류 성분이 제거되어 비교기(4)는 적절하게 작동할 수 있다.

가산기(13)와 비교기(4) 사이에 삽입된 직류차단필터는 제어회로(47)가 3상 모드에서 작동할 때에도 부착된다. 이것은 비교기(4)의 입력되는 자속 추정신호(Φ)는 직류 성분이 제거되는 것이 바람직하기 때문에, 비교기(4)의 입력 측에 직류차단필터가 설치되어도 악영향이 없으며, 또한, 3상 모드에 있어서 승산기(12)의 출력이 소자의 특성에 의해 직류 성분을 갖는 경우에 직류 성분이 제거될 수 있다.

(제9 실시예의 변형예 1)

도 25는 변형예에 따른 제어회로(49)의 구성을 도시한 도면이다. 제어회로(49)는 2상 모드에서는 Lp 신호 설정회로(15)의 출력만을 0으로 하고 Rp 신호 설정회로(14)로부터는 모드에 상관없이 저항값 신호(Rp)를 출력하는 것으로,그 밖의 회로 구성은 제어회로(47)와 유사하다. 이와 같이, 2상 모드에서 저항값 신호(Rp)가 출력될 때 아래와 같은 이유에 의해 제어회로(47)의 기동 직후의 특성을 향상시킬 수 있다.

직류차단필터(2)(도 21)는, 예컨대 고대역통과필터와 적분기에 의해 구성되고 보통 적분 특성을 갖는다. 그러므로, 입력 신호에 응하여 지연이 야기되고 입력 신호가 빠르게 변화될 때 직류차단필터(2)가 즉시 작동할 수 없다.

그러므로, 제어회로(47)가 시동한 직후의 소정의 기간(약 1초)에는 직류차단필터(2)는 직류 성분을 충분히 차단하지 못하여 직류 성분이 적분기(1)로 출력된다.

반면, 가산기(11)는 차분 증폭기(8)의 출력으로부터 승산기(10)의 출력(차분 증폭기(8)의 직류 성분)을 감산한다. 즉, 가산기(11)에 승산기(10)의 출력을 입력함으로써 차분 증폭기(8)의 출력의 직류 성분이 제거된다.

반면, 2상 모드에서 저항값 신호(Rp)가 Rp 신호 설정회로(14)로부터 승산기(10)로 출력된다. 승산기(10)의 출력은 원래 차분 증폭기(8)의 직류 성분을 제거하는 것이고, 모터(5)의 작동에는 어떠한 영향 효과도 없다. 즉, 직류 성분은 가산기(11)에 의한 차분 증폭기(8)의 출력으로부터 제거되고 직류차단필터(2)에 의해 보다 더 제거된다. 또한, 직류 성분은 모터(5)가 작동하기 시작한 직후 가산기(11)에 의해 제거된다.

도 26은 저항값 신호(Rp)의 출력 유무에 따른 직류차단필터(2)의 출력의 차이를 설명하기 위한 도면이다.

도 26A는 차분 증폭기(8)로부터 출력된 직류 성분을 도시하는 모식도이고, 세로축은 전압을 가리키고, 가로축은 시간을 가리킨다. 제어회로(47)가 시간 t1에서 기동될 때, 차분 증폭기(8)로부터 신호가 출력되고, 이 신호는 직류 성분을 포함한다. 즉, 도면에 도시된 바와 같이, 제어회로(47)가 기동할 때, 차분 증폭기(8)로부터 직류 성분(81)이 계단 형상으로 나타난다.

도 26B는 Rp 신호 설정회로(14)의 출력이 취소되어 승산기(10)의 출력이 취소된 경우에 직류차단필터(2)로부터 출력되는 신호의 직류 성분을 나타내는 도면으로, 세로축은 전압을 가리키고 가로축은 시간을 가리킨다. 시간 축의 원점은 도 26A에 정렬되어 있다.

도 26B에 도시된 것과 같이, 승산기(10)의 출력이 취소될 때, 직류 성분(82)은 제어회로(47)가 동작한 후 즉시 출력되고 소정의 시간 주기 후에 감소된다.

도 26C는 Rp신호 설정회로(14)로부터 저항값 신호(Rp)가 출력되는 경우의 직류차단필터(2)로부터 출력된 신호의 직류 성분을 도시하는 도면이다. 세로축은 전압을 가리키고 가로축은 시간을 가리킨다. 시간 축의 원점은 도 26A상에 정렬되어 있다.

도 26C에 의해 도시된 바와 같이, 이러한 경우, 직류차단필터(2)가 제어회로(47)를 동작시킨 직후 직류 성분을 차단할 수 있다.

상술한 바와 같이, 2상 모드에서, Rp 신호 설정회로(14)로부터 저항값 신호(Rp)가 출력되는 것에 의해, 제어회로(47)가 동작하기 시작한 직후 직류차단필터(2)로부터 직류 성분을 출력하는 것이 억제된다.

이와 같은 본 변형예에 따라, 기동 직후의 제어회로(47)의 특성이 향상될 수 있다.

(제9 실시예의 변형예 2)

제9 실시예의 변형예 1에서 설명된 것 같이, 2상 모드와 3상 모드와의 전환은 8종류가 있다(도 22). 이것은 2상 모드에서 3상 모드, 즉, ＜3＞과 ＜5＞의 모드 전환시에 가산기(13)(도 21)로부터 출력된 자속 추정신호(Φ)가 불안정해지는 경우가 있다는 것이 새롭게 알려지게 되었다.

변형예에 따라, 자속 추정신호(Φ)의 안정성을 높이기 위해서, 2상 모드에서 3상 모드로 변환될 때 모터 권선(7U, 7V, 7W)에 회전자(6)의 토크에 영향을 주지 않을 정도의 작은 전류가 소정의 시간(약 1 내지 5초)동안 흐른다.

우선, 2상 모드에서 3상 모드로 전환시에 모터 권선(7U), 7V, 7W)에 작은 전류가 흐르지 않는 경우의 자속 추정신호(Φ)의 작동에 대한 설명을 할 것이다.

도 27은 2상 감속모드에서 휴지기간을 지나 3상 가속모드로 전환된 경우의(<5>의 모드 전환) 차분 증폭기(8)의 신호의 직류 성분, 자속 추정신호(Φ), W상의 전류(Iw)의 변화를 나타내는 도면으로, 가로축은 시간을 가리킨다. 마이크로컴퓨터(30)가 2상 감속모드에서 3상 가속모드로 전환될 때, 트랜지스터(21a, 21b, 21c, 21d, 21e, 21f)가 단락되는 것을 방지하기 위해 2상 모드와 3상 모드 사이에서 소정의 휴지시간(약 10 μ초 내지 0.1초)이 마련된다.

마이크로컴퓨터(30)가 휴지시간 후에 3상 모드로 모터(5)를 구동시킬 때, 신호의 직류 성분의 변동(오프셋)(71)이 차분 증폭기(8)에 나타난다. 이 변동은 모터(5)나 회로 소자의 특성이 분산에 의해 야기된다.

직류차단필터(2)는 적분 작용이 제공되며, 직류 전압의 변동(71)을 차단하기 위해 어느 정도 시간이 요구된다. 그러므로, 직류전압의 변동(71)이 발생한 직후에는 이 변동이 충분히 차단되지 않아, 적분기(1)는 직류 성분을 적분한다. 그 결과, 자속 추정신호(Φ)가 변동된다. 자속 추정신호(Φ)를 기초로 3상 모드가 수행될 때, 모터 권선(7U, 7V)의 전도 위상이 정확한 타이밍으로 전환될 수 없고 가속 동작이 규칙적으로 수행될 수 없는 경우가 있다. 부호 72는 자속 추정신호(Φ)를 가리키고 부호 73은 자속 추정신호(Φ)의 포락선을 가리킨다. 도면에 의해 도시된 바와 같이, 3상 가속모드가 모드 전환될 때, 자속 추정신호(Φ)는 (+) 방향과 (-) 방향으로 두드러지게 변동된다.

반면, 아래와 같이 모터 권선(7U, 7V, 7W)에 전류가 공급된다. 부호 74는 Iw를 가리키고 부호 75는 Iw의 포락선을 가리킨다. 도면에 도시된 바와 같이, 2상 모드에서 3상 모드로 전환될 때, 마이크로컴퓨터(30)는 Iw(Iu와 Iv도)을 일시적으로 취소하고 모터구동회로(17)를 휴지시킨 후 자속 추정신호(Φ)로부터 생성된 ROT 신호와 동기하여 Iw의 진폭을 점진적으로 증가시키고 3상 모드로 이행한다.

반면, ROT 신호는 비교기(4)가 자속 추정신호(Φ)의 접지 레벨을 비교하여 생성하기 때문에, 자속 추정신호(Φ)가 변동될 때, ROT 신호는 회전자(6)의 자극의 위치와 일치하지 않고 Iw는 부호 76에 의해 가리켜진 부분에 도시된 바와 같이 정확한 위상으로 전도되지 않는다.

자속 추정신호(Φ)의 파동은 진동(71)에 의해 자속 추정신호(Φ)의 파동이 수렴하기 이전에 자속 추정신호(Φ)의 새 파장이 모터(5)의 3상 가속모드에 전류가 공급되게 함으로써 야기되기 때문에 즉시 수렴되지 않는다.

다음으로, 2상 모드에서 3상 모드로 전환되기 이전에 모터 권선(7U, 7V, 7W)에 전류가 전도될 때, 자속 추정신호(Φ)의 작동에 대한 설명을 할 것이다.

도 28은 이 경우의 차분 증폭기(8)의 직류 성분과 자속 추정신호(Φ)와 W상의 전류(Iw)의 변화를 도시하는 도면이다.

이 예에 의하면, 마이크로컴퓨터(30)는 2상 감속모드(구간 51)에서 3상 가속모드(구간 55)로 전환될 때, 일단 모터구동회로(17)가 모터(5)에 공급하는 전류를 OFF 한다(구간 52, 시간은 약 10μ초 ~ 0.1초). 그 후에, 모터(5)의 토크에 영향을 주지 않는 정도로 3상의 작은 전류가 일정 시간(약 1초 ~ 5초) 모터(5)에 공급한다(구간 53). 그 후에, 마이크로컴퓨터(30)는 3상 전류의 전류값을 점진적으로 증가시키고(구간 54) 3상 모드로 이행한다(구간 55).

또한, 3상 가속모드에서의 Iw의 크기는 약 6[A]이고 3상의 작은 전류의 크기는 약 0.1 ~ 0.5[A]이다.

마이크로컴퓨터(30)가 3상의 작은 전류를 전도하기 시작할 때, 차분 증폭기(8)로부터 출력된 신호의 직류 성분에 변동(58)이야기된다. 그 후, 자속 추정신호(Φ)의 파동이 야기될지라도(구간 57), 이것은 위상 미소전류가 전도되는 사이에 즉시 수렴된다.

직류 성분의 변동부(58)는 3상 모드가 움직이기 시작하는 시점에 발생하고,이 예로는, 자속 추정신호(Φ)의 변동이 수렴되기까지 큰 3상 전류가 모터(5)에 공급되지 않아, 모터 권선(7U, 7V, 7W)에 공급된 전류에 의해 새로운 자속 추정신호(Φ)의 파장은 발생하지 않고, 그 결과 자속 추정신호(Φ)의 파동은 즉시 수렴될 수 있다.

또한, 이상 2상 감속모드에서 3상 가속모드로 전환되는 경우에 대해 설명했지만, 2상 가속모드에서 3상 가속모드로 전환될 때에도, 소정의 휴지시간 후에 모터(5)에 작은 3상 전류가 공급됨으로써 자속 추정신호(Φ)의 파동은 즉시 수렴될 수 있다.

상술된 변형예에 따라, 2상 모드에서 3상 모드로 이행할 때의 제어회로(47)의 안정성은 증대될 수 있고, 그 결과 회전자(6)는 정상적으로 가속된다.

(제9 실시예의 변형예 3)

상기 실시예에 따라, 자속 추정신호(Φ)가 비교기(4)에 입력되기 전에 직류차단필터를 통과하며 회전자 축(5)이 저속 또는 고속으로 회전하는지 여부에 따라 직류차단필터의 차단 주파수를 전환한다.

제9 실시예에 기술한 바와 같이, 제어회로(47)에 있어서, Lp 신호 설정회로(15)의 출력이 무효가 될 때에도, 승산기(12)는 무효가 되지 않는 오프셋 전압을 출력하고, 그 결과, 직류성분이 가산기(13)에 의해 출력된 자속 추정신호(Φ)에 중첩된다. 즉, 가산기(13)와 비교기(4) 사이에 직류차단필터를 삽입함으로써, 자속 추정신호(Φ)에 중첩된 직류성분을 제거할 수 있다.

반면, 제어회로(47)가 회전자(6)의 기동에서 정상 회전까지 자속 추정신호(Φ)에 의한 피드백 제어로 모터(5)를 제어하기 때문에, 직류차단필터에는 회전 주파수에서 약 1 [Hz]의 작은 주파수를 갖는 자속 추정신호(Φ)가 통과하는 것이 필요하다.

반면, 예컨대, 고대역통과필터를 이용하여 직류차단필터가 형성된다. 따라서, 직류차단필터(2)와 적분기(1)가 결합된 회로의 주파수 특성에 따라, 후에 기술한 바와 같이, 차단 주파수가 감소될 때, 입력이 증가하고 작은 직류 노이즈가 증폭되는 경우가 있다. 직류 노이즈가 직류차단필터(2)와 적분기(1)가 결합된 회로에 의해 증폭될 때, 비교기(4)는 ROT 신호를 정확하게 출력할 수 없다.

즉, 변형예에 따라, 직류차단필터가 가산기(13)와 비교기(4) 사이에 삽입되고 회전자(6)가 저속 또는 고속으로 회전하는지 여부에 따라 더욱 적절한 자속 추정신호(Φ)를 발생하기 위해 직류차단필터의 차단 주파수를 전환한다.

변형예에 사용된 직류차단필터는 고대역통과필터로 구성되어 있으므로, 직류차단필터와 적분기가 결합된 회로의 주파수 특성(입력 주파수 특성)은 고대역통과필터의 주파수 특성과 적분기의 주파수 특성을 부가함으로써 구성된다.

이하에는 도 29를 참조로 이들 주파수 특성을 설명한다.

도 29a는 가변 차단 주파수를 갖는 고대역통과필터의 차단 주파수가 f1과 f2로 설정될 때의 주파수 특성을 개략적으로 도시한 도면이다.

차단 주파수가 f1일 때, 곡선(62)으로 도시한 바와 같이, 저주파 측에서 주파수(f1)로 그리고 주파수(f1) 보다 큰 주파수로 입력이 급속도로 증가되고, 소정의 상수값으로 입력이 포화된다.

유사하게, 차단 주파수가 f2일 때(f2>f1), 곡선(61)에 의해 도시한 바와 같이, 저주파 측에서 주파수(f2)로 그리고 주파수(f2) 보다 큰 주파수로 입력이 급속도로 증가되고, 소정의 상수값으로 입력이 포화된다.

도 29b는 적분기의 주파수 특성을 개략적으로 도시한 도면이다. 직선(63)으로 도시한 바와 같이, 적분기의 입력은 주파수가 증가할 수록 선형으로 감소된다.

도 29c는 직류차단필터와 적분기가 결합된 회로의 주파수 특성을 도시한 도면이다. 직류차단필터가 고대역통과필터에 의해 형성되기 때문에, 직류차단필터와 적분기가 결합된 회로의 입력은 고대역통과필터의 주파수 특성과 적분기의 주파수 특성을 부가함으로써 구성된다.

직류차단필터와 적분기가 결합된 주파수 특성에 따라, 고대역통과필터의 주파수 특성을 곡선(61)으로 나타낼 때, 곡선(64)에 의해 도시한 바와 같이, 차단 주파수(f2)에서 입력이 최대가 되고, 고대역통과필터의 주파수 특성을 곡선(62)으로 나타낼 때, 곡선(65)에 의해 도시한 바와 같이, 차단 주파수(f1)에서 입력이 최대가 된다.

도 29c로부터 명백한 바와 같이, 직류차단필터와 적분기가 결합된 회로의 차단 주파수는 고대역통과필터의 차단 주파수를 감소시킴으로써 감소될 때, 직류차단필터와 적분기가 결합된 회로는 저주파에서 신호가 추가로 통과할 수 있지만, 입력은 Δ만큼 증가한다.

이렇게 하여, 직류차단필터와 적분기가 결합된 회로의 차단 주파수가 감소할때, 저주파에서 자속 추정신호(Φ)가 통과할 수 있지만, 입력이 증가하므로, DC 노이즈(노이즈의 직류성분)도 또한 증폭된다.

직류차단필터와 적분기가 결합된 회로의 차단 주파수가 감소될 때, 저주파에서 자속 추정신호(Φ)가 통과할 수 있기 때문에, 모터 시동 동작이 안정되지만, 직류 노이즈가 증폭되기 때문에 정상으로 모터가 동작될 때 동작이 불안정한 경우가 있다. 반면, 직류차단필터와 적분기가 결합된 회로의 차단 주파수가 증가될 때, 직류 노이즈가 증폭되지 않기 때문에 모터의 정상 동작이 안정되지만, 저주파에서 자속 추정신호(Φ)가 통과하기 어렵기 때문에 모터 시동 동작이 불안정한 경우가 있다.

따라서, 모터(5)가 시동될 때(저주파에서 자속 추정신호(Φ)를 통과하는 것이 필요함) 회전자(6)의 회전수가 약간 증가하는 시점에서 고대역통과필터의 차단 주파수를 변화시키는 것이 바람직하다.

도 30은 변형예에 따른 제어회로(48)의 구성을 도시하는 도면이다. 제9 실시예에 따라 가산기(13)와 비교기(4) 사이에 직류차단필터(28)가 새롭게 제어회로(47)에 부가되고 차단 주파수 변화신호가 마이크로컴퓨터(30)에서 직류차단필터(28)와 직류차단필터(2)로 전송되도록 제어회로(48)가 구성되어 있다. 동일한 표시법이 제어회로(47)에 대응하는 구성요소에 부착되어 있다. 또, 실시예에 따라, 직류차단필터(28)와 함께 직류차단필터(2)에 대해 차단 주파수를 변화할 수 있다. 이는 회전자(6)의 회전수가 일정 정도 증가될 때 차단 주파수를 증가함으로써 직류성분이 적분기(1)에 의해 적분되는 것을 억제한다. 또, 차단 주파수가 직류차단필터(28)에서만 변화되는 구성으로 이루어질 수 있다.

직류차단필터(28, 2) 모두가 고주파차단필터로 구성된다. 직류성분이 입력되고 적분기(1)에 의해 적분되므로, 변형예에 따라, 직류차단회로(2)의 차단 주파수가 가변되는 것이 바람직하지 못하다.

마이크로컴퓨터(30)가 모터(5) 시동 후 소정의 시간동안 모터(5)의 정지상태에서 직류차단필터(28, 2)의 차단 주파수를 f1 [Hz]로 설정하고 소정의 시간 주기의 경과후 f2 (f1<f2)[Hz]로 설정한다.

마이크로컴퓨터(30)가 차단 주파수 변화신호를 재설정측으로 설정하고 차단 주파수 변화신호를 직류차단필터(28, 2)로 전송함으로써 차단 주파수를 f1 [Hz]로 설정할 수 있고 차단 주파수 변화신호를 설정 측으로 설정하고 차단 주파수 변화신호를 직류차단필터(28, 2)로 전송함으로써 차단 주파수를 f2로 설정할 수 있다. 즉, 마이크로컴퓨터(30)는 차단 주파수를 전환하기 위한 전환수단을 구성한다.

변형예에 따라, f1=0.05[Hz] 및 f2=0.5[Hz] 이다.

입력은 주파수에 비례하므로, 차단 주파수(f1)에서의 입력은 차단 주파수(f2)에서의 입력에 10배이다.

전술한 바와 같이 구성된 제어회로(48)는 다음과 같이 동작한다.

모터(5)가 고정 상태에서 시작될 때, 마이크로컴퓨터(30)는 신호를 재설정측으로 설정하고 차단 주파수를 f1=0.05 [Hz]로 설정함으로써 차단 주파수변화신호를 직류차단필터(28, 2)로 출력한다.

그 후에, 모터구동회로(17)가 2상 가속모드에서 시작될 때, 모터(5)가 기동하는 것과 동시에 마이크로컴퓨터(30)는 경과시간주기를 측정하기 시작한다.

모터(5) 기동후 10초 경과할 때, 마이크로컴퓨터(30)는 신호를 설정 측으로 설정하고 차단 주파수를 f2=0.5 [Hz]로 설정함으로써 차단 주파수 변화신호를 직류차단필터(28, 2)로 출력한다.

그 후에, 모터(5)는 제9 실시예와 동일하게 동작한다.

전술의 변형예에 따라, 회전 시작 후(예컨대, 10초, 예컨대, 0.05[Hz]) 단시간주기에서 직류차단필터(28, 2)의 차단 주파수를 감소하고 단시간주기 경과후 차단 주파수를 다소 높게(예컨대, 0.5[Hz]) 설정함으로써 모터(5)가 동작되므로, 모터(5)의 시동과 정상 회전에서 자극의 위치를 예측하기 위한 신호(자속 추정신호(Φ), ROT 신호 등)가 안정되고 모터의 안정성이 촉진된다.

또, 변형예에 따라, 회전자(6)의 회전 주파수가 소정치 보다 크거나 작은지 여부에 따라 마이크로컴퓨터(30)가 ROT 신호를 검출하고, 회전 주파수가 소정치 보다 작거나 같을 때, 마이크로컴퓨터(30)가 직류차단필터(28, 2)의 차단 주파수를 f1로 설정하며 회전 주파수가 소정치 보다 큰 경우, 마이크로컴퓨터(30)가 차단 주파수를 f2 (f1<f2) [Hz] 로 설정하는 구조로 구성될 수 있다.

전술한 바와 같이, 제9 실시예와, 제9 실시예의 제1 변형예 내지 제3 변형예에 대해 설명하였고 변형예는 별개로 실행될 수 있고 또는 임의 조합에 의해 실행될 수 있다.

(제10 실시예)

실시예에 따라, 제9 실시예에 설명한 제어회로(47)에 의해 모터를 제어하는 진공펌프를 설명한다.

본 실시예에서, 진공펌프의 실시예로서 자기 베어링식 터보분자펌프에 관해 설명한다.

도 31은 회전자 축(303)의 축방향으로 터보분자펌프(301)의 일 실시예의 단면도를 도시하는 도면이다.

케이싱(316)은 원통형상과 형태로 제공되어 터보분자펌프(301)의 외부 부재를 형성하고 있다.

회전자 축(303)은 케이싱(316)의 중앙에 설치되어 있다.

자기 베어링부(308, 312, 320) 각각은, 도면에서 회전자 축(303)의 상부, 하부 및 바닥부에 구비되어 있다. 터보분자펌프(301)가 동작될 때, 회전자 축(303)은 자기적으로 부동되어 반경방향(회전자 축(303)의 직경방향)으로 자기 베어링부(308, 312)에 의해 비접촉식으로 지지되고 자기적으로 부동되어 트러스트방향(회전자 축(303)의 축방향)으로 자기 베어링부(320)에 의해 축방향으로 지지되고 있다.

이들 자기 베어링부는 소위 5축 제어식의 자기 베어링과 회전자 축(303)을 구성하고 이 회전자 축(303)에 고정 부착된 회전자(311)가 회전자 축(303)의 축선 둘레를 회전될 수 있다.

자기 베어링부(308)에서, 네 개의 전자석이 에워싸는 회전자 축(303)에서 서로에 대해 매 90°로 대향하도록 배치되어 있다. 회전자 축(3)은 철과 같은 고투과성 물질로 형성되고 전자석의 자력에 의해 당겨진다.

변위센서(309)는 반경방향으로 회전자 축(303)의 변위를 검출하기 위한 반경방향 센서이다. 회전자 축(303)이 변위센서(309)로부터 변위신호에 의해 반경방향으로 소정 위치로부터 변위되는 것을 제어장치(325)가 검출할 때, 각각의 전자석의 자력을 조정함으로써 회전자 축(303)을 소정의 위치로 복귀하도록 제어장치(325)가 동작한다. 전자석의 자력은 피드백제어에 의해 각각의 전자석의 여자전류를 제어함으로써 조정된다.

이와 같이, 제어부(25)는 변위센서(309)의 신호에 기초한 피드백 제어에 의해 제어장치(325)를 제어하므로, 회전자 축(303)은 자기 베어링부(308)의 전자석으로부터 소정의 간격으로 반경방향으로 자기적으로 부동되어 공간에서 비접촉 상태를 유지한다.

자기 베어링부(312)의 구성과 동작은 자기 베어링부(308)와 동일하다.

자기 베어링부(312)에 있어서, 네 개의 전자석이 회전자 축(303)의 주위에 매 90°로 배열되어 전자석의 자력의 인력에 의해, 회전자 축(303)이 자기 베어링부(312)에 의해 반경방향으로 비접촉을 유지하고 있다.

변위센서(313)는 회전자 축(303)의 반경방향으로 변위를 검출하는 반경방향 센서이다.

제어장치(325)가 변위센서(313)로부터 회전자 축(303)의 반경방향으로 변위신호를 수신할 때, 변위를 보정함으로써 회전자 축(303)이 소정 위치에 유지되도록 제어장치(325)는 피드백 제어에 의해 전자석의 여자전류를 제어한다.

제어장치(325)가 변위센서(313)의 신호에 기초한 피드백제어에 의해 자기 베어링부(312)를 제어하므로, 회전자 축(303)은 자기 베어링부(312)에 의해 반경방향으로 자기적으로 부동되어 공간에서 비접촉상태를 유지한다.

회전자 축(303)의 하단부에 구비된 자기 베어링부(320)는 금속 디스크(318), 전자석(314, 315) 및 변위센서(317)로 구성되고 트러스트 방향으로 회전자 축(303)을 유지한다.

금속 디스크(318)는 철과 같은 고투과성을 갖는 물질로 구성되고 그 중심 회전자 축에 수직방향으로 고정되어 있다. 전자석(314)은 금속 디스크(318) 위에 설치되어 있고 전자석(315)은 그 아래에 설치되어 있다. 전자석(314)은 자력에 의해 금속 디스크(315)를 상방으로 당기고 전자석(315)은 하방으로 당긴다. 제어장치(325)는 전자석(314, 315)에 의해 금속디스크(318)에 작용하는 자력을 적절하게 조정하므로, 회전자 축(303)은 트러스트 방향으로 자기적으로 부동되어 공간에서 비접촉상태를 유지한다.

변위센서(317)는 트러스트 방향으로 회전자 축(303)의 변위를 검출하기 위한 축방향 센서로서 제어장치(325)에 검출신호를 전송한다. 제어장치(325)는 변위센서(317)로부터 수신된 변위의 검출 신호에 의해 트러스트 방향으로 회전자 축(303)의 변위를 검출한다.

회전자 축(303)이 트러스트 방향으로 일 측면으로 이동함으로써 소정의 위치로부터 변위될 때, 제어장치(325)는 변위를 보정하기 위해 피드백 제어에 의해 전자석(314, 315)의 여자전류를 제어함으로써 자력을 조정하고 소정의 위치로 회전자축(303)을 복귀하도록 동작한다. 제어장치(325)의 피드백 제어에 의해, 회전자 축(303)은 자기적으로 부동되고 트러스트 방향으로 소정위치에 유지된다.

전술한 바와 같이, 회전자 축(303)은 자기 베어링부(308, 312)에 의해 반경방향으로 유지되고 자기 베어링부(320)에 의해 트러스트 방향으로 유지되므로, 회전자 축(303)은 자기부상에 의해 축선 둘레에 비접촉식으로 축방향으로 지지된다.

회전자 축(303)의 축방향으로, 보호베어링(306)이 자기 베어링부(308) 위에 제공되고 보호베어링(307)이 자기 베어링부(312) 아래에 각각 제공되어 있다.

회전자 축(303)이 자기적으로 부상되고 자기 베어링부(308, 312, 320)에 의해 공간에서 비접촉상태를 유지하지만, 회전자 축(303)의 축선 둘레에 변위를 유발함으로써 회전자 축(303)이 유지 위치로부터 크게 이동되는 경우도 있다. 보호 베어링(306, 307)을 구비하여 이 경우 회전자 축(303)이 자기 베어링부(308, 312) 및 (320)의 전자석과 접촉하는 것을 방지하거나 영구자석이 모터부(310)에서 전자석과 접촉하는 것을 방지한다.

소정량 또는 그 이상으로 회전자 축(303)이 소정의 위치로부터 이동될 때, 회전자 축(303)은 보호 베어링(306, 307)과 접촉되고 회전자 축(303)의 이동이 실제로 제한된다.

회전자 축(303)은 자기 베어링부(308)와 자기 베어링부(312) 사이에 모터부(310)를 구비하고 있다. 모터부(310)는 DC 무브러시 모터로 구성되고 상세한 설명은 도 32를 참조로 이후에 기술한다. 모터부(310)는 토크를 발생하고 회전자 축(303)을 회전한다.

회전자(311)는 볼트(305)에 의해 회전자 축(303)에 고정되고 회전자 축(303)이 모터부(310)에 의해 회전 구동될 때, 회전자(311)는 축과 함께 회전된다.

회전자(311)의 흡기구(324)의 일 측면에, 소정 각도로 회전자 축(303)의 축선에 수직한 평면에 경사지는 동시에 복수 개의 단계의 회전자 블레이드(321)가 회전자(311)로부터 반경방향으로 부착되어 있다. 회전자 블레이드(321)는 회전자(311)에 고정 부착되고 회전자(311)와 함께 고속으로 회전된다.

또, 케이싱(316)에서, 케이싱(316)의 내측을 향해 회전자 블레이드(321)의 단계와 교대로 고정자 블레이드(322)를 고정하고 있다. 또한, 고정자 블레이드(322)는 회전자 축(303)의 축선에 수직한 평면과 소정 각도로 케이싱(316)에 고정되어 있다.

배기구(319)의 일 측면의 회전자(311) 부분의 외주면이 실린더에 의해 형성되어 있다. 회전자(311)의 외주에는, 외주면과 소정 틈새로 원통형상의 나사 홈 스페이서(302)가 배치되어 있다. 나사 홈 스페이서(302)는, 예컨대, 알루미늄으로 형성되어 있다. 나사 홈 펌프부는 나사 홈 스페이서(302)와 회전자(311)에 의해 형성되어 있다.

나사 홈 스페이서의 내주면에는 나사 홈(304)이 나선형으로 형성되고 이 나사 홈(304)의 깊이는 하부 단계를 향해 감소된다. 회전자(311)가 회전될 때, 기체가 나사 홈(304)의 하부 단계로 전달되고 나사 홈(304)의 깊이는 하부 단계를 향해 감소하므로, 기체가 나사 홈(304)으로 이동됨에 따라 압축된다.

제어장치(325)는 터보분자펌프(1)의 커넥터(4)에 연결되어 있고 자기 베어링부(308, 312, 320)와 모터부(310)를 제어한다.

제어장치(325)는 제9 실시예에 기술한 제어회로(47)에 내장되고 이 제어회로(47)는 모터부(310)를 제어한다.

흡기구(324)에서 흡입된 기체는 회전자 블레이드(321)와 고정자 블레이드(322)의 동작으로 압축되고 나사 홈 펌프부로 이송된다.

나사 홈 펌프부로 전달된 기체는 나사 홈(304)으로 안내되는 동시에 하부 단계로 전달되고, 추가로 압축된 후 배출구(319)를 통해 배출된다.

도 32는 모터부(310, 도 31 참조)의 X-X 방향의 단면을 개략적으로 도시하는 도면이다. 모터부(310)는 제어회로(47)의 모터(5)에 대응하는 부분으로서 그 주위에 배열되고 영구자석과 전자석(고정자 코일)이 고정 부착되는 회전자 축(303)으로 구성된 내측 회전자 형태의 모터로 구성되어 있다.

모터부(10)에는 U상 전자석(326e, 326f), V상 전자석(326c, 326d) 및 W상 전자석(326a, 326b) 등의 각각의 전자석이 구비되어 있다. 전자석은 매 60도 각도로 동심원으로 배치되어 동일 위상의 전자석이 서로 대향되고 각각의 위상에 대응하는 모터 권선(7U, 7V, 7W)이 각각의 전자석에 권취되어 있다. 전자석의 코어는 적층 강판 등으로 구성되고 전류가 모터 권선에 공급될 때 여자된다. 또한, 서로 대향하는 각각의 전자석의 극성이 역전되도록, 예컨대 전류가 모터 권선(7U)을 흐를 때, U상 전자석(326e)이 N극을 구성하고 U상 전자석(326)이 S극을 형성하도록 모터 권선(7U, 7V, 7W)이 권취되어 있다.

도 32의 실시예는 (전류가 모터 권선(7U)에서 모터 권선(7V)으로 흐르도록)구동전압벡터(1)가 출력되며 전자석(326c, 326e)이 S극을 구성하는 것을 도시한다. 출력된 구동전압벡터가 2→3→4→5→6으로 변화될 때, S극을 구성하는 전자석은 326e, 326b→326b, 326d→326d, 326f→326f, 326a→326a, 및 326c 로 변화되며(이에 대향하는 전자석 각각은 N극을 구성함), 구동전압벡터가 차례로 1 에서 6으로 일 회전할 때, 회전자 축(303)에 발생한 자계는 회전자 축(303)의 회전방향으로 일 회전한다.

반면에, 두 개의 영구자석(328, 329)이 회전자 축(303) 위에 고정 부착되고 각각의 전자석에 대향하는 전자석의 면은 원주 방향으로 회전자 축(303)의 반회전시 N극(영구자석(328)) 및 S극(영구자석(329))을 구성한다.

도 32에 도시한 바와 같이, 구동전압벡터(1)가 출력될 때, 전자석(326c, 326e)은 S극을 구성하고 전자석(326d, 326f)은 N극을 구성하며, 또, 영구자석(328)이 도면의 상면에 배치되고 영구자석(329)이 도면의 하면에 배치될 때, 영구자석(328)이 전자석(326c, 326e)으로 당겨지고, 영구자석(329)이 전자석 (326d, 326f)으로 당겨지므로, 도면에서 시계방향의 토크가 회전자 축(303)에 발생된다.

이와 같이, 1→2→3→4→5→6으로 구동전압벡터를 연속적으로 출력함으로써 회전자 축(303)에서 토크를 발생하는 동시에 자극의 위치가 검출되고, 회전자 축(303)이 회전될 수 있다. 또, 자극(328, 329)의 위치는 자속 추정신호(Φ)에 의해 검출된다.

또한, 역으로, 영구자석(328, 329)이 도 32에 도시한 위치에 배치하는 경우에 전자석(326c, 326e)이 N극을 구성하고 전자석(326d, 326f)이 S극을 구성할 때(즉, 극성이 반전될 때), 반시계 방향의 토크가 회전자 축(303)에 발생되고 (시계방향으로 회전되는) 회전자 축(303)이 파손될 수 있다.

전술한 바와 같이 구성된 터보분자펌프(301)는 다음과 같이 동작한다. 터보분자펌프(301)가 고정상태에서 시작될 때, 제어장치(325)가 자기 베어링부(308, 312, 320)를 구동하므로 회전자 축(303)을 자기적으로 부동한 후 2상 가속모드에 의해 모터부(310)를 구동하므로 회전자 축(303)을 회전한다.

회전자(303)의 회전 주파수가 PLL 회로를 닫을 수 있는 주파수에 도달할 때(예컨대, 30 Hz), 제어장치(325)는 3상 가속모드에 의해 모터부(310)를 구동하기 위해 전환하고 정상상태 회전(예컨대, 분당 30,000 회전)으로 회전자 축(303)을 가속한다. 또한, 회전자 축(303)의 회전은 3상 가속모드에 의해 유지된다.

회전자 축(303)이 회전될 때, 터보분자펌프(301)와 연결된 챔버(배출 용기)의 기체는, 흡기구(324)에서 흡입되고 회전자 블레이드(321)와 고정자 블레이드(322)의 동작으로 압축된다.

나사 홈 펌프부의 나사 홈(304)에 이송된 후 배기구(319)에서 배출되는 동안에 회전자 블레이드(321)와 고정자 블레이드(322)에 의해 기체는 추가로 압축된다.

터보분자펌프(301)가 정상 동작 상태에서 정지될 때, 제어장치(325)는 3상 감속모드로 소정의 회전 주파수(예컨대, 약 60[Hz])로 회전자 축(303)의 회전을 감속한 후 2상 감속모드로 모드 전환에 의해 회전을 추가 감속하고 회전을 정지시킨다. 제어장치(325)는 회전자 축(303) 회전을 정지한 후 자기 베어링부(308, 312)(320)를 정지한다.

또한, 전술에 따라, 터보분자펌프(301)는 2상 가속모드 →3상 가속모드 →3상 감속모드 →2상 감속모드의 순서로 동작되지만, 제9 실시예에 기술한 바와 같이 여덟 종류의 전환 모드가 존재한다.

전술의 실시예에 따라, 다음의 효과가 얻어질 수 있다.

2상 가속모드에 따라, 회전자 축(3)의 회전은 자극(328, 329)의 초기 위치에 관계없이 시작될 수 있으므로, 회전자 축(3) 시동시 직류에 의해 자극(328, 329)을 파손할 필요가 없다.

PLL 회로(16)를 닫을 수 없는 회전 주파수에서도, 자속 추정신호(Φ)에 의해 자극(328, 329)의 위치를 검출함으로써, 자계는 피드백 제어될 수 있다.

전술한 두 지적에 의해, 터보분자펌프(301)를 시동하는 시간 주기를 단축할 수 있고 시동의 실패를 제한할 수 있다.

또한, 회전자 축(3)의 회전 주파수가 교란, 예컨대, 터보분자펌프(301) 동작시 외부 공기 침입을 발생함으로써 상당히 변화될 때에도, 회전자 축(3)은 위상이 달라지지 않고 자속 추정신호(Φ)에 의해 제어될 수 있다.

전술한 실시예에 따라, 모터부(310)가 회전자 축(3)에 고정 부착된 두 개의 영구자석과 주위에 배열된 여섯 개의 전자석으로 구성되지만, 본 실시예는 다른 수를 갖는 영구자석과 전자석으로 구성될 수 있지만 이에 한하지 않는다.

또한, 기동시 자기 베어링부(308, 312, 320)를 이용하지 않고 보호베어링(306, 307)을 이용하여 기계적 마찰에 의해 영구자석(328, 329)이 직류에 의해 파손될 때 회전자 축(303)의 진동을 감쇄하는 것이 상상될 수 있지만, 직류, 자기 베어링부(308, 312, 320)에 의해 정지하고 파손하는 회로를 구성할 필요가 있고, 보호베어링(306, 307)의 마모가 발생하므로, 감쇄 동작이 바람직하지 못하다.

또한, 실시예에 따라, 모터부(310)의 제어회로로서, 제어회로(325)가 제9 실시예에 따라 제어회로(47)에 장착되어 있고, 본 실시예는 제어장치(325)가 제1 실시예 내지 제8 실시예의 제어장치(제어회로) 및 제9 실시예의 각 변형예에 따라 장착될 수 있지만 이에 한하지 않는다. 또한, 제3 실시예에 따른 제어회로(143)가 사용될 때, 회전수센서(125)는 회전자 축(103) 근방에 부착되어 있다. 예컨대, 영구자석이 목표로서 회전자 축(303)의 하단부에 부착되며 목표는 홀 센서 등에 의해 검출되는 구성으로 이루어질 수 있다.

상기 실시예에 따라, 자기 베어링 형태의 터보분자펌프의 실시예를 지적하지만, 베어링의 장치는 이에 한하지 않고 롤러 베어링 또는 슬라이딩 베어링 등과 같은 기계적 형태의 베어링을 이용한 구성으로 이루어질 수 있다. 슬라이딩 베어링으로서, 정압 베어링 또는 기체 또는 액체에 의한 동압 베어링이 사용될 수 있다.

(제11 실시예)

상기 실시예에 따라, 모터(5)는 외부 회전자 형태의 모터로 구성되어 있다. 도 33을 참조로 외부 회전자 형태의 모터(5) 구성의 실시예에 관해 이후 설명한다. 또한, 제어회로(47)의 구성 및 동작은 제9 실시예와 동일하므로, 이에 관한 설명은생략한다.

회전자(6)는 영구자석(86, 87), 요오크(8) 및 회전자 축(도시 생략)으로 구성되어 있다.

요오크(88)는 철 등에 의해 실린더 형상으로 구성되며 영구자석(86, 87)은 내주면에 고정 부착되어 있다. 상기 실시예에 따라, 영구자석은 두 극으로 구성되고 각각의 내주면 측면은 영구자석(86)의 측면에 S극과 영구자석(87)의 측면에 N극을 구성하고 있다.

반면에, 고정자는 고정자 코어(85) 및 모터 권선(7U, 7V, 7W) 등으로 구성되어 있다. 고정자 코어(85)는 매 120 각도로 U상, V상 및 W상의 자극으로 형성되어 있고 각각의 자극은 모터 권선(7U, 7V, 7W) 등으로 감겨져 있다.

이와 같이 구성된 모터(5)는 다음과 같이 동작한다.

[2상 모드의 경우]

마이크로컴퓨터(30, 도 11 의 제어회로(47))는 비교기(4)에서 출력된 ROT 신호와 함께 모터구동회로(17)의 트랜지스터(7b, 7c, 7e, 7f)를 ON/OFF 하고 구동전압벡터(3, 5)를 선택적으로 모터 권선(7U, 7V, 7W)으로 선택적으로 출력한다. 그것에 의해, 회전자(6)가 회전된다.

또한, 구동전압벡터(3)가 출력될 때, 전류는 V →W 방향으로 흐르고 구동전압벡터(5)가 출력될 때, 전류는 W →U 방향으로 흐른다.

마이크로컴퓨터(30)는 인덕턴스값 신호(Lp)와 저항값 신호(Rp)를 무효화함으로써 승산기(12)와 승산기(10)의 출력을 무효화한다.

[3상 모드의 경우]

마이크로컴퓨터(30)는 PLL 회로(16)로부터 출력된 12 ×f ROT 신호와 함께 모터구동회로(17)의 트랜지스터(7a, 7b, 7c, 7d, 7e, 7f)를 ON/OFF 하고 구동전압벡터 (6)를 통해 연속적으로 모터 권선(7U, 7V, 7W)으로 구동전압벡터(1)를 출력한다. 그것에 의해, 회전자(6)가 회전된다.

마이크로컴퓨터(30)는 Rp 신호 설정회로(14)와 Lp 신호 설정회로 각각을 저항값 신호(Rp)와 인덕턴스값 신호(Lp)로 출력한다.

전술한 실시예에 따라, 모터(5)가 제9 실시예에 따른 제어회로(47)에 의해 구동되지만, 모터(5)는 제1 실시예 내지 제8 실시예 및 제9 실시예의 각 변형예에 따른 제어장치를 이용함으로써 구동될 수 있다. 이들 실시예 중, 모터(5)가 제3 실시예에 따른 제어회로(143)에 의해 구동될 때, 회전속도센서(125)(도 5 참조)가 모터(5)에 설치된다.

또한, 예컨대 고정자 코일의 다수의 극성이 6이고 회전자(6)의 다수의 극성이 6인 모터와 같은 다른 실시예에 따른 모터에 의해 모터(5)를 구성할 수 있다.

게다가, 본 실시예의 모터(5)가 반경방향으로 공기 갭을 갖는 반경방향 공기 갭 형태의 모터이지만, 모터(5)는 축방향(회전축의 방향)으로 공기 갭을 갖는 축방향 공기 갭 형태의 모터가 될 수 있다.

청구항 1 내지 청구항 7에서 설명한 발명의 무브러시 모터의 제어회로에 의하면, PLL 회로가 닫힐 수 없는 회전자의 저속 회전 시에도, 센서를 사용하지 않고 회전자의 자극위치를 검출함으로써 구동전압벡터를 피드백 제어할 수 있기 때문에 모터의 기동시간을 단축할 수 있다. 또한, 모터의 부하가 변화하여 회전자의 회전수가 변한 경우에도, 위상을 벗어나지 않으면서 회전자를 회전자계에 따르게 할 수 있고, 또한, 정전 후에 전력공급이 복귀한 경우에도 회전자를 직류 제동하여 정지시킬 필요는 없이 기동을 속행할 수 있다.

청구항 8 내지 청구항 13에 기재의 발명의 무센서 무브러시 모터의 제어회로에 의하면, 무센서 무브러시 모터가 구동하는 기간중에 항상 회전자의 자극위치가 감시되기 때문에, 부하 변동 등에 의해 회전자의 회전수가 크게 변화한 경우에도 위상을 벗어나지 않고 회전자를 안정하게 제어할 수 있다. 또한, 모터 권선에 노이즈가 중첩되더라도 노이즈는 적분에 의해 제거되기 때문에 회전자의 자극위치를 정확히 검출할 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 무센서 무브러시 모터의 제어회로는 모터 권선의 저항값과 모터를 접속하는 케이블의 저항값의 합성저항값(Rp)와 모터 권선의 인덕턴스(Lp)를 자동적으로 측정하기 때문에, 가령, 사용 현장 등에서 케이블 길이를 변경하거나, 모터를 다른 모터로 바꾸더라도 Rp와 Lp를 측정기를 사용하여 다시 측정하지 않고 바로 사용할 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 기동속도가 빠르고 무브러시 모터를 안정적으로 구동할 수 있다.

Claims (23)

1. 무브러시(brush-less) 모터의 제어회로에 있어서,

   자극을 구비한 회전자;

   상기 회전자를 회전시키기 위한 적어도 두 개의 모터 권선을 포함하는 제1 모터 권선;

   상기 회전자의 위치를 검출하기 위한 적어도 하나의 모터 권선을 포함하는 제2 모터 권선;

   상기 제1 모터 권선에 전류를 흐르게 함으로써 상기 회전자를 회전시키는 회전자 회전수단;

   상기 제2 모터 권선에 유도된 전압을 획득하는 전압 획득수단;

   상기 전압 획득수단에 의해 획득된 전압으로부터 상기 자극의 자극위치를 획득하는 자극위치 획득수단; 및

   상기 자극위치 획득수단에 의해 획득된 상기 자극위치에 따라 상기 제1 모터 권선에 의한 자계의 방향이 변하도록 상기 전류를 전환시키는 전류 전환수단을 포함하는 무브러시 모터 제어회로.
2. 무브러시 모터의 제어회로에 있어서,

   자극을 구비한 회전자;

   상기 회전자를 회전시키기 위한 복수의 모터 권선;

   상기 복수의 모터 권선들의 인덕턴스들에 의한 전압강하의 위상 및 크기들은 서로 동일한 것으로, 상기 복수의 모터 권선에서 적어도 두 개의 모터에 전류를 흐르게 함으로써 상기 회전자를 회전시키는 회전자 회전수단;

   상기 전압강하의 위상 및 크기가 동일한 상기 두 개의 모터 권선에 작용하는 전압 간 차를 획득하는 전압차 획득수단;

   상기 전압차 획득수단에 의해 획득된 전압 간 차로부터 상기 자극의 위치를 획득하는 자극위치 획득수단; 및

   상기 자극위치 획득수단에 의해 획득된 자극위치에 따라 상기 전류를 전환시키는 권선전류 전환수단을 포함하는 무브러시 모터 제어회로.
3. 제1항에 있어서,

   상기 전압 획득수단 혹은 상기 전압차 획득수단에 의해 획득된 전압 혹은 전압차를 적분하기 위한 적분기가 직류차단필터인 무브러시 모터 제어회로.
4. 제1항에 있어서,

   상기 회전자의 회전수가 소정의 값 이하일 때, 상기 복수의 모터 권선의 전류들은 상기 자극위치 획득수단에 의해 획득된 자극에 따라 전환되는 무브러시 모터 제어회로.
5. 제1항에 있어서,

   상기 회전자의 회전수가 소정의 값을 초과할 때, 상기 제어회로는 PLL 회로를 이용함으로써 모터 구동 펄스를 생성하는 모터 구동 시스템으로 전환되는 무브러시 모터 제어회로.
6. 제1항에 있어서,

   상기 회전자의 자극위치를 검출하는 센서;

   상기 센서에 의해 검출된 자극위치로부터 상기 회전자의 회전수를 검출하는 회전수 검출수단; 및

   상기 회전수 검출수단에 의해 검출된 회전수가 소정의 회전수 이상인지 여부를 판정하는 회전수 판정수단을 포함하고,

   상기 회전수가 상기 소정의 회전수 이상일 때, 상기 복수의 모터 권선의 전류들은 상기 센서에 의해 검출된 자극위치에 따라 전환되며,

   상기 회전수 검출수단에 의해 검출된 회전수가 상기 소정의 회전수 미만일 때, 상기 모터 권선의 전류들은 상기 자극위치 획득수단에 의해 획득된 자극위치에 따라 전환되는 무브러시 모터 제어회로.
7. 제1항에 있어서,

   상기 회전자를 지지하는 자기 베어링을 포함하고,

   상기 자기 베어링의 변위신호를 샘플링할 때, 상기 모터 권선의 전류들은 차단되거나 전류들은 전환되지 않는 무브러시 모터 제어회로.
8. 무센서(sensor-less) 무브러시 모터의 제어회로에 있어서,

   자극을 구비한 회전자;

   상기 회전자를 회전시키기 위한 복수의 모터 권선;

   상기 복수의 모터 권선에 전류를 공급하는 전류 공급수단;

   상기 자극에 의해 상기 모터 권선들 중 적어도 하나의 모터 권선의 인터링크 자속을 획득하는 자속 획득수단; 및

   상기 자속 획득수단에 의해 획득된 상기 인터링크 자속의 변화로부터 자극의 위치를 획득하기 위한 자극위치 획득수단을 포함하고,

   상기 전류 공급수단은 상기 자극위치 획득수단에 의해 획득된 자극의 위치에 의거하여 상기 모터 권선의 전류를 전환시키는 무센서 무브러시 모터 제어회로.
9. 제8항에 있어서,

   상기 자속 획득수단은,

   상기 모터 권선 중 소정의 두 개의 모터 권선의 케이블간 전압을 획득하기 위한 제1 획득수단;

   상기 소정의 두 개의 모터 권선의 저항들과, 상기 전류 공급수단을 구성하는 전원장치와 상기 모터 권선을 연결하는 케이블들의 저항들과의 합성저항에 의한 전압강하를 획득하기 위한 제2 획득수단;

   상기 소정의 두 개의 모터 권선의 전류들 간 차에 상기 소정의 두 개의 모터권선의 인덕턴스의 값들을 곱한 값을 획득하기 위한 제3 획득수단;

   상기 제1 획득수단에 의해 획득된 값에서, 상기 제2 획득수단에 의해 획득된 값을 감산하여 이를 적분하는 적분값 획득수단; 및

   상기 적분값 획득수단에 의해 획득된 값에서, 상기 제3 획득수단에 의해 획득된 값을 감산하는 감산수단을 포함하는 무센서 무브러시 모터 제어회로.
10. 제9항에 있어서,

    상기 합성저항의 값은 합성 저항값 획득수단에 의해 획득되며, 상기 합성 저항값 획득수단은,

    상기 두 개의 소정의 모터 권선에 직류를 공급하는 직류 공급수단; 및

    상기 케이블간 전압값을 상기 직류의 전류값으로 나누어 상기 합성저항의 값을 산출하는 제1 산출수단을 포함하는 무센서 무브러시 모터 제어회로.
11. 제9항에 있어서,

    상기 인덕턴스는 인덕턴스 획득수단에 의해 획득되며, 상기 인덕턴스 획득수단은,

    고주파 전류를 상기 두 개의 소정의 모터 권선에 공급하는 고주파 전류 공급수단;

    상기 고주파 전류가 상기 두 개의 모터 권선에 공급되었을 때 이 두 개의 모터 권선의 케이블간 전압값을 획득하는 케이블간 전압값 획득수단;

    상기 고주파 전류들의 전류값들, 상기 고주파 전류의 주파수들 및 소정의 상수로 나눈 케이블간 전압값의 값을 획득하기 위한 제2 산출수단을 포함하는 무센서 무브러시 모터 제어회로.
12. 제9항에 있어서,

    상기 인덕턴스는 인덕턴스 획득수단에 의해 획득되며, 상기 인덕턴스 획득수단은,

    개루프에 의해 상기 모터 권선의 전류들을 전환시킴으로써 상기 회전자를 회전시키는 회전자 회전수단;

    상기 모터 권선의 전류들을 전환시키기 전후에 상기 제1 적분값 획득수단에 의해 획득된 적분값들을 샘플링하는 샘플링 수단;

    상기 두 개의 소정의 모터 권선에 공급된 전류들의 값의 피크값들을 획득하는 전류 피크값 획득수단; 및

    상기 샘플링 수단에 의해 획득된 전류들을 전환시키기 전후에 상기 제1 적분값들 간 차이의 절대값을, 상기 전류 피크값 획득수단에 의해 획득된 전류 피크값들로 나누는 제3 산출수단을 포함하는 무센서 무브러시 모터 제어회로.
13. 제8항에 있어서,

    상기 저항값의 상정값과 상기 인덕턴스의 상정값을 사용하여 상기 두 개의 소정의 모터 권선의 인터링크 자속들을 획득하는 상정자속 획득수단; 및

    상기 회전자 회전수단에 의해 소정의 각속도로 회전자가 회전될 때 상기 두 개의 소정의 모터 권선의 케이블간 전압값과,

    상기 모터 권선의 전류 공급이 정지되고 상기 회전자가 상기 소정의 각속도에 의해 자유롭게 회전될 때 상기 두 개의 소정의 모터 권선의 케이블간 전압들과,

    상기 전류의 공급이 정지될 때 상기 상정자속 획득수단에 의해 제공되는 신호와,

    상기 전류의 공급이 재개될 때 상기 상정자속 획득수단에 의해 제공되는 신호의 위상차로부터,

    저항값의 상정값과 인덕턴스의 상정값을 보정하는 보정수단을 포함하는 무센서 무브러시 모터 제어회로.
14. 무센서 무브러시 모터 제어회로에 있어서,

    모터 권선들의 인덕턴스들에 의한 전압강하의 위상 및 크기들이 서로 동일한 것으로, 자극을 구비한 회전자를 회전시키는 복수의 상기 모터 권선들에서 소정의 두 개의 위상들 간 전압차를 적분함으로써 자속신호를 획득하는 자속신호 획득수단;

    상기 자속신호 획득수단에 의해 획득된 상기 자속신호로부터, 출력 가능한 구동전압벡터들의 일부를 구성하는 구동전압벡터의 구동 타이밍을 획득하는 제1 구동 타이밍 획득수단;

    상기 제1 구동 타이밍에 의해 획득된 상기 구동 타이밍에 동기하여 상기 구동 전압벡터의 일부를 출력하는 제1 구동전압벡터 출력수단;

    상기 자속신호 획득수단에 의해 획득된 자속신호로부터 제공된 타이밍을 곱함으로써 출력 가능한 구동전압벡터들의 출력 타이밍들을 획득하는 제2 구동 타이밍 획득수단;

    상기 제2 구동 타이밍 획득수단에 의해 획득된 구동 타이밍에 동기하여 상기 출력 가능 구동전압벡터들을 출력하는 제2 구동전압벡터 출력수단; 및

    상기 제1 구동전압벡터 출력수단 및 상기 제2 구동전압벡터 출력수단을 선택하기 위한 선택수단을 포함하는 무센서 무브러시 모터 제어회로.
15. 무센서 무브러시 모터 제어회로에 있어서,

    자극을 구비한 회전자를 회전시키는 복수의 모터 권선에 전류를 공급하는 전류 공급수단;

    상기 모터 권선들의 인덕턴스들에 의한 전압강하의 위상 및 크기들이 서로 동일한 것으로, 상기 복수의 모터 권선들에서 소정의 두 개의 모터 권선의 케이블간 전압을, 케이블간 전압획득수단에 의해 획득된 케이블간 전압으로부터 획득하는 케이블간 전압 획득수단;

    상기 소정의 두 개의 모터 권선의 저항들과, 상기 전류 공급수단을 구성하는 전원장치와 및 상기 모터 권선을 연결하는 케이블들의 저항들과의 합성저항에 의한 전압변화를, 상기 케이블간 전압 획득수단에 의해 획득된 케이블간 전압으로부터 보정하는 저항량 보정수단;

    상기 저항량 보정수단에 의해 보정된 케이블간 전압을 적분함으로써 자속신호를 획득하는 자속신호 획득수단;

    상기 자속신호 획득수단에 의해 획득된 자속신호 중에서 상기 소정의 두 개의 모터 권선의 리액턴스로 변화량을 보정하는 리액턴스량 보정수단;

    상기 리액턴스량 보정수단에 의해 보정된 상기 자속신호로부터 자극의 위치를 획득하는 자극위치 획득수단; 및

    상기 저항량 보정수단과 리액턴스량 보정수단에서 적어도 리액턴스량 보정수단을 무효화시켜 자속신호 보정이 방지되게 하는 보정 무효화 수단을 포함하며,

    상기 회전의 회전수가 소정의 회전 이하일 때, 적어도 리액턴스량 보정수단은 보정 무효화 수단에 의해 무효로 되고, 상기 전류 공급수단은 상기 자극위치 획득수단에 의해 획득된 자극의 위치들에 의거하여 소정의 두 개의 모터 권선에 흐르는 전류를 전환시키는 제1 모드에 의해 상기 소정의 두 개의 모터 권선에 전류들을 공급하며;

    상기 회전자의 회전수가 소정의 회전보다 클 때, 전류는 상기 보정 무효화 수단을 사용하지 않고, 상기 자극위치 검출수단에 의해 획득된 자극의 위치에 의거하여 상기 모터 권선의 전류들을 전환시키는 제2 모드에 의해 모터 권선에 공급되는 무센서 무브러시 모터 제어회로.
16. 제15항에 있어서,

    상기 전류 공급수단은 모드가 상기 제1 모드에서 상기 제2 모드로 전환될 때소정의 시간 동안 소정의 순서에 따라 복수의 모터 권선에 작은 전류들이 흐르게 하는 무센서 무브러시 모터 제어회로.
17. 제15항에 있어서,

    제1 차단 주파수와 이 제1 차단 주파수보다 큰 주파수의 제2 차단 주파수를 전환시킬 수 있는 것으로, 상기 자속신호에 중첩된 직류 성분을 제거하는 직류 차단수단; 및

    상기 직류 차단수단의 상기 제1 차단 주파수와 상기 제2 차단 주파수를 전환시키는 전환수단을 포함하는 무센서 무브러시 모터 제어회로.
18. 제17항에 있어서,

    상기 전환수단은 상기 회전자가 기동되었을 때 소정의 시간 동안 상기 직류 차단수단의 차단 주파수를 제1 차단 주파수로 설정하고, 상기 소정의 시간이 경과되었을 때 상기 직류 차단 수단의 차단 주파수를 제2 주파수로 전환시키는 무센서 무브러시 모터 제어회로.
19. 무브러시 모터 장치에 있어서,

    자극을 구비한 회전자,

    상기 회전자를 회전시키기 위한 적어도 두 개의 모터 권선을 포함하는 제1 권선, 및

    상기 회전자의 위치를 검출하기 위한 적어도 하나의 모터 권선을 포함하는 제2 모터 권선을 포함하는 모터부;

    상기 제1 모터 권선에 전류를 흐르게 함으로써 상기 회전자를 회전시키는 회전자 회전수단,

    상기 제2 모터 권선에 유도된 전압을 획득하는 전압 획득수단,

    상기 전압 획득수단에 의해 획득된 전압으로부터 상기 자극의 위치를 획득하는 자극위치 획득수단, 및

    상기 자극위치 획득수단에 의해 획득된 상기 자극위치에 따라 상기 제1 모터 권선에 의한 자계의 방향이 변화되게 전류를 전환시키는 전류 전환수단을 포함하는 제어부를 포함하는 무브러시 모터 장치.
20. 무브러시 모터 장치에 있어서,

    자극을 구비한 회전자, 및

    상기 회전자를 회전시키기 위한 복수의 모터 권선을 포함하는 모터부;

    상기 모터 권선들의 인덕턴스들에 의한 전압강하의 위상 및 크기들은 서로 동일한 것으로, 상기 복수의 모터 권선에서 적어도 두 개의 모터에 전류를 흐르게 함으로써 상기 회전자를 회전시키는 회전자 회전수단,

    상기 전압강하의 위상 및 크기가 동일한 상기 두 개의 모터 권선에 작용하는 전압 간 차를 획득하는 전압차 획득수단,

    상기 전압차 획득수단에 의해 획득된 전압 간 차로부터 자극의 위치를 획득하는 자극위치 획득수단, 및

    상기 자극위치 획득수단에 의해 획득된 상기 자극위치에 따라 전류를 전환시키는 권선전류 전환수단을 포함하는 제어부를 포함하는 무브러시 모터 장치.
21. 무센서 무브러시 모터 장치에 있어서,

    자극을 구비한 회전자, 및

    상기 회전자를 회전시키기 위한 복수의 모터 권선을 포함하는 모터부;

    상기 복수의 모터 권선에 전류를 공급하는 전류 공급수단,

    상기 자극에 의해 상기 모터 권선들 중 적어도 하나의 권선의 인터링크 자속을 획득하는 자속 획득수단, 및

    상기 자속 획득수단에 의해 획득된 상기 인터링크 자속의 변화로부터 자극의 위치를 획득하는 자극위치 획득수단을 포함하고,

    상기 전류 공급수단은 상기 자극위치 획득수단에 의해 획득된 자극의 위치에 의거하여 상기 모터 권선의 전류를 전환시키는 제어부를 포함하는 무센서 무브러시 모터 장치.
22. 무센서 무브러시 모터 장치에 있어서,

    자극을 구비한 회전자;

    모터 권선들의 인덕턴스들에 의한 전압강하의 위상 및 크기들이 서로 동일한 것으로, 복수의 상기 모터 권선들에서 소정의 두 개의 위상들 간 전압차를 적분함으로써 자속신호를 획득하는 자속신호 획득수단;

    상기 자속신호 획득수단에 의해 획득된 상기 자속신호로부터, 출력 가능한 구동전압벡터들의 일부를 구성하는 구동전압벡터의 구동 타이밍을 획득하는 제1 구동 타이밍 획득수단;

    상기 제1 구동 타이밍에 의해 획득된 상기 구동 타이밍에 동기하여 상기 구동 전압벡터의 일부를 출력하는 제1 구동전압벡터 출력수단;

    상기 자속신호 획득수단에 의해 획득된 자속신호로부터 제공된 타이밍을 곱함으로써 출력 가능한 구동전압벡터들의 출력 타이밍들을 획득하는 제2 구동 타이밍 획득수단;

    상기 제2 구동 타이밍 획득수단에 의해 획득된 구동 타이밍에 동기하여 상기 출력 가능 구동전압벡터들을 출력하는 제2 구동전압벡터 출력수단; 및

    상기 제1 구동전압벡터 출력수단 및 상기 제2 구동전압벡터 출력수단을 선택하는 선택수단을 포함하는 무센서 무브러시 모터 장치.
23. 진공펌프 장치에 있어서,

    일 단부가 흡기구로 형성되어 있고 타단부가 배기구로 형성된 외부 부재;

    상기 외부 부재 내측에 자기 베어링 혹은 기계식 베어링에 의해 회전 가능하게 축방향으로 지지되는 회전자;

    상기 회전자를 회전시키는 모터; 및

    상기 외부 부재의 내측에 배열된 고정자를 포함하고,

    상기 모터는 제19항 혹은 제20항에 따른 무브러시 모터 장치 혹은 제21항 혹은 제22항에 따른 무센서 무브러시 모터 장치로 구성되는 진공펌프 장치.