KR20020088359A - 모터 구동 장치 - Google Patents

모터 구동 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20020088359A
KR20020088359A KR1020020026092A KR20020026092A KR20020088359A KR 20020088359 A KR20020088359 A KR 20020088359A KR 1020020026092 A KR1020020026092 A KR 1020020026092A KR 20020026092 A KR20020026092 A KR 20020026092A KR 20020088359 A KR20020088359 A KR 20020088359A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
motor
output
duty value
rotational speed
duty
Prior art date
Application number
KR1020020026092A
Other languages
English (en)
Inventor
히가시미츠히데
Original Assignee
마츠시타 덴끼 산교 가부시키가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 마츠시타 덴끼 산교 가부시키가이샤 filed Critical 마츠시타 덴끼 산교 가부시키가이샤
Publication of KR20020088359A publication Critical patent/KR20020088359A/ko

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/14—Electronic commutators
    • H02P6/16—Circuit arrangements for detecting position
    • H02P6/18—Circuit arrangements for detecting position without separate position detecting elements
    • H02P6/182—Circuit arrangements for detecting position without separate position detecting elements using back-emf in windings
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/08—Arrangements for controlling the speed or torque of a single motor
    • H02P6/085—Arrangements for controlling the speed or torque of a single motor in a bridge configuration
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
    • H02M7/539—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters with automatic control of output wave form or frequency
    • H02M7/5395—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters with automatic control of output wave form or frequency by pulse-width modulation
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P27/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
    • H02P27/04—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
    • H02P27/06—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters
    • H02P27/08—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters with pulse width modulation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)

Abstract

다수의 스위칭 소자를 포함하고, 스위칭 소자의 개폐의 펄스폭 변조(PWM) 제어를 실행하기 위해서 제어 신호에 응답하여 스위칭 소자를 개폐함으로써 DC 전압을 요구되는 의사(擬似) AC 전압으로 변환하여 브러시리스(brushless) DC 모터에 의사 AC 전압을 출력하는 DC/AC 변환 부재와, 브러시리스 DC 모터의 3상(相) 전기자(電機子) 권선의 유도 전압으로부터 얻어진 회전 위상(位相)을 검출하여 회전 위상 정보를 출력하는 위치 검출 부재, 및 제어 신호를 출력하는 듀티(duty) 제어 부재를 포함하여 구성되어서, 3상 np극(極)(np = 4 이상의 짝수) 브러시리스 DC 모터의 회전수를 제어하는, 모터 구동 장치를 제공한다.

Description

모터 구동 장치{MOTOR DRIVING DEVICE}
본 발명은, 브러시리스 DC 모터의 주파수를 제어하는 모터 구동 장치에 관한 것이다.
3상 np극(np = 4 이상의 짝수) 브러시리스 DC 모터(1)의 회전수를 제어하기 위한 120°전압 인가 제어(구형파 전압 인가 제어)형 모터 구동 장치가, 도 7에 나타낸 바와 같이, 공지되어 있다. 도 7에 나타낸 바와 같이, 공지된 모터 구동 장치는, 모터(1)에 의사 AC 전압을 출력하기 위해 DC 전압을 의사 AC 전압으로 변환시키는 DC/AC 변환부(2)와, 모터(1)의 회전자 위치를 검출하는 자극(磁極) 위치 검출부(3)를 포함한다. 펄스폭 변조(PWM: pulse width modulation) 듀티 제어부(5')는, 모터(1)의 회전수를 제어하는 인가 전압과, 모터(1)의 주파수 및 위상을 제어하는 듀티 신호를 DC/AC 변환부(2)에 출력한다. DC/AC 변환부(2)는, 고속으로 개폐되는 6개의 스위칭 소자로서 구성되어 있다.
상기에 설명한 구성의 공지된 모터 구동 장치에서는, DC 전압은, DC/AC 변환부(2)에 의해 가변 주파수 및 가변 위상을 갖는 의사 AC 전압으로 변환되며, 의사 AC 전압은 모터(1)에 출력된다. 모터(1)의 회전수는, DC/AC 변환부(2)로부터 출력된 의사 AC 전압의 주파수 및 위상(이하에서, "인버터 주파수(inverterfrequency)"로 나타냄)을 변경시킴으로써 제어된다. 이 인버터 주파수는 PWM 듀티 제어부(5')에 의해 제어된다. PWM 듀티 제어부(5')에 입력된 주파수 명령 값 ωs를 기초로 하여, PWM 듀티 제어부(5')는, 6개의 상이한 베이스 패턴을 DC/AC 변환부(2)에 출력하여서 DC/AC 변환부(2)의 6개의 스위칭 소자를 개폐시킨다. 베이스 패턴에 의해 스위칭 소자를 개폐시킴으로써, DC/AC 변환부(2)로부터 출력된 인버터 주파수가 제어된다. 여기에서, 베이스 패턴의 1주기의 역수(逆數)는 인버터 주파수이다.
모터(1)의 회전수가 변경될 때, PWM 듀티 제어부(5')는, 주파수 명령 값 ωs의 변화에 응답하여, 자극 위치 검출부(3)의 회전 위상 정보에 기초하여 DC/AC 변환부(2)의 인버터 주파수를 변경시킴으로써, 모터(1)의 회전수를 제어한다. DC/AC 변환부(2)에 의해 출력된 인버터 주파수(위상) 또는 전압 진폭에 관계 없이, 자극 위치 검출부(3)의 위상 검출 특성은 직접 모터(1)로부터 발생된 유도 전압을 검출하고, 모터(1)의 자극 위치를 추정하여 계산한다.
자극 위치 검출부(3)의 회전 위상 정보에 기초하여서, PWM 듀티 제어부(5')는, DC/AC 변환부(2)에 6개의 상이한 베이스 패턴을 출력한다. DC/AC 변환부(2)에는, 각각의 U, V 및 W상(相)에 대한 상부 아암 스위칭 소자(upper arm switching element) 및 하부 아암 스위칭 소자로서 구성된, 모두 6개의 스위칭 소자가 구비되어 있다.
공지된 모터 구동 장치에 의해 실행된 모터 구동에서, 모터(1)에 인가된 부하 토크가 고정될 때, 모터(1)의 회전 속도는 항상 고정된다. 그러므로, 해당 베이스 패턴의 출력 시점(PTNm)(m = 1 내지 6)은, 또한, 다음의 이유로 사실상 고정된다. 즉, PWM 듀티 제어부(5')에 의해 출력된 PWM 듀티 폭은 회전 각도에 관계 없이 고정되기 때문에, 모터(1)로부터 발생된 출력 토크도 또한 고정되고, 따라서, 출력 토크 및 부하 토크 간의 불일치에 의해 발생된 잔류 토크는 항상 0으로 추정된다. 결과적으로, 모터(1)에 인가된 부하 토크가 고정될 때, 모터(1)는 사실상 균일 속도로 회전됨으로써, 우수한 속도 제어 성능을 나타내게 된다.
그러나, 모터(1)의 회전 각도에 대하여 일정하지 않은 부하 토크가 모터(1)에 인가되는 경우, 출력 토크 및 부하 토크 간의 차(差)로써 발생된 잔류 토크에 의해서, 모터(1)의 1회전 동안에 모터(1)의 회전 속도는 매 순간 마다 변화되며, 따라서, 모터(1)의 속도 제어는 불안정하게 된다. 결과적으로, 모터(1) 및 기계적 시스템으로부터 소음 및 진동이 발생되기 때문에, 기계적 시스템은, 이러한 소음 및 진동에 대응하기 위해서 튼튼하게 형성되어야 하며, 이러한 문제는 제조 비용을 매우 상승시키게 되고, 이러한 소음 및 진동에 대한 대책이 불충분하면, 모터(1) 및 기계적 시스템은 파괴될 수도 있다.
따라서, 본 발명의 필수적인 목적은, 상기에서 언급한 종래 기술의 결점을 제거하는 관점에서, 소음 및 진동에 대한 대책이 단순화될 수 있도록 출력 토크 및 부하 토크 간의 차에 의해 발생된 잔류 토크를 최소화시킴으로써 기계적 시스템의 소음 및 진동을 완화시킬 뿐만 아니라, 회로의 제조 비용이 거의 상승하지 않는 모터 구동 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 이러한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 따른, 3상 np극(np = 4 이상의 짝수) 브러시리스 DC 모터의 회전수를 제어하는 모터 구동 장치는, 다수의 스위칭 소자를 포함하고, 제어 신호에 응답하여 스위칭 소자를 개폐시킴으로써 요구되는 의사 AC 전압으로 DC 전압을 변환시켜서 스위칭 소자의 개폐의 펄스폭 변조(PWM) 제어를 실행하며, 브러시리스 DC 모터에 의사 AC 전압을 출력하는 DC/AC 변환 수단을 포함한다. 모터 구동 장치는, 또한 브러시리스 DC 모터의 3상 전기자 권선의 유도 전압으로부터 얻어진 회전 위상을 검출하여 회전 위상 정보를 출력하는 위치 검출 수단, 및 제어 신호를 출력하는 듀티 제어 수단을 포함한다.
듀티 제어 수단은, 주파수 명령 값에 기초하여 제어 신호에서 기준 듀티 값을 결정하는 기준 듀티 결정 수단과, 브러시리스 DC 모터의 1개 회전 각도의 np 분할에 동등한 각도의 간격에서 브러시리스 DC 모터의 회전 속도를 구해 기준 듀티 값을 회전 속도에 기초하여 출력 듀티 값으로 보정하는 보정 수단, 및 출력 듀티 값을 갖고 있는 제어 신호를 출력하는 출력 수단을 포함한다.
본 발명의 이러한 목적 및 특징은 첨부 도면을 참조하여 바람직한 실시형태와 연관된 다음의 설명으로부터 명백하게 될 것이다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시형태에 따른 모터 구동 장치의 구조를 나타내는 블록도.
도 2는 도 1의 모터 구동 장치에 채용한 PWM 듀티 제어부로부터 출력된 제어 신호 베이스 패턴(base pattern)의 설명도.
도 3은 도 1의 모터 구동 장치에 의한 모터의 회전 속도 및 속도 차(差)의 검출 설명도.
도 4는 도 1의 모터 구동 장치에서 듀티 값의 보정 처리 공정을 나타내는 흐름도.
도 5는 비(非) 선형 산술 연산에 의한 도 3의 속도 차의 보정 설명도.
도 6a는 도 2의 PWM 듀티 제어부에서 기준 듀티 값 및 출력 듀티 값 간의 관계를 나타내는 그래프.
도 6b는 도 3의 모터의 출력 토크(torque) 및 부하(負荷) 토크 간의 관계를 나타내는 그래프.
도 7은 종래 기술의 모터 구동 장치의 구조를 나타내는 블록도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : DC 모터 2 : DC/AC 변환부
3 : 위치 검출부 4 : 속도 차 검출부
5 : PWM 듀티 제어부
본 발명의 설명을 진행하기 전에, 첨부 도면의 일부 도면을 통해서 동일 부품은 동일 참조 숫자로 나타낸 것에 주목하여야 한다.
이하에서, 본 발명의 한 실시형태를 도면을 참조하여 설명한다.
(모터 구동 장치의 구성)
도 1은, 본 발명의 실시형태에 따른 모터 구동 장치의 구성을 나타낸다. 도 1의 모터 구동 장치는, 120°전압 인가 제어(구형파 전압 인가 제어)를 통한 3상 np극(np = 4 이상의 짝수) 브러시리스 DC 모터의 회전수를 제어하기 위해 구성하였다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 모터 구동 장치는, 모터(1)에 의사 AC 전압을 출력하기 위해 DC 전압을 의사 AC 전압으로 변환시키는 DC/AC 변환부(2)와, 모터(1)의 회전자 위치를 검출하는 자극 위치 검출부(3)와, 자극 위치 검출부(3)에 의해 검출된 모터(1)의 회전자 위치로부터 모터(1)의 회전 속도를 검출하는 속도 차 검출부(4), 및 DC/AC 변환부(2)에 모터(1)의 회전수를 제어하는 인가 전압과, 모터(1)의 주파수 및 위상을 제어하는 듀티 신호를 출력하는 펄스폭 변조(PWM) 듀티 제어부(5)를 포함한다. DC/AC 변환부(2)는, 고속으로 개폐되는 6개의 스위칭 소자(2u, 2v, 2w, 2x, 2y 및 2z)를 포함한다.
상기에 설명한 구성의 모터 구동 장치에서는, DC 전원 VDC로부터 공급된 DC 전압은, DC/AC 변환부(2)에 의해 가변 주파수 및 가변 위상을 갖는 의사 AC 전압으로 변환되며, 상기 의사 AC 전압은 모터(1)에 출력된다. 모터(1)의 회전수는, DC/AC 변환부(2)로부터 출력된 의사 AC 전압의 주파수 및 위상(이하에서, "인버터 주파수"로 나타냄)을 변경시킴으로써 제어된다. 이 인버터 주파수는 PWM 듀티 제어부(5)에 의해 제어된다. PWM 듀티 제어부(5)에 입력된 주파수 명령 값 ωs를 기초로 하여서, PWM 듀티 제어부(5)는 DC/AC 변환부(2)에 6개의 상이한 베이스 패턴 신호를 출력하여 DC/AC 변환부(2)의 스위칭 소자(2u 내지 2z)를 개폐시킨다. 베이스 패턴에 의해 스위칭 소자(2u 내지 2z)를 개폐시킴으로써, DC/AC 변환부(2)로부터 출력된 인버터 주파수를 제어한다.
해당 베이스 패턴 신호의 전류(轉流) 스위칭은 자극 위치 검출부(3)의 출력 신호에 기초하여 실행된다. 자극 위치 검출부(3)는, 모터(1)의 3상 유도 전압의 제로크로스(zero-cross) 신호를 검출하여, 이 검출된 신호를 속도 차 검출부(4)에 출력한다. 제로크로스 신호는 전기각(電氣角)의 1주기 동안 3상에 대해 6회 발생된다. 한편, 모터(1)의 1회전 동안, 제로크로스 신호는 (3×np)회 발생된다. 자극 위치 검출부(3)의 제로크로스 신호가 속도 차 검출부(4)를 경유하여 PWM 듀티 제어부(5)에 입력되었을 때, PWM 듀티 제어부(5)는, 제로크로스 신호를 기초로 하여 베이스 패턴 신호를 베이스 패턴 PTN1, PTN2, ..., PTN6, PTN1, ...의 순서로 절환시킨다.
한편, 이러한 제로크로스 신호로부터 모터(1)의 회전 속도를 판단할 수 있다. 여기에서 위상의 가변 시간 상수 및 모터(1)의 회전 각도에 대한 토크의 가변 시간 상수는, 모터(1)의 1회전에 필요한 주기의 2배 이상인 것으로 추정된다.
(베이스 패턴)
PWM 듀티 제어부(5)로부터 출력된 베이스 패턴을 설명한다. 베이스 패턴은 DC/AC 변환부(2)의 스위칭 소자(2u 내지 2z)를 구동하는 펄스 신호이다. 베이스 패턴은 DC/AC 변환부(2)의 출력 전압의 전기각의 1주기에 6개의 기본적인 패턴을 갖는다. 베이스 패턴의 1주기의 역수는 인버터 주파수와 동등하다.
도 2는 베이스 패턴의 한 예를 나타낸다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 제1베이스 패턴 PTN1은, U상 상부 아암 스위칭 소자(2u)를 V상 하부 아암 스위칭 소자(2y)에 전기적으로 도통시킨다. 제2베이스 패턴 PTN2는, U상 상부 아암 스위칭 소자(2u)를 W상 하부 아암 스위칭 소자(2z)에 전기적으로 도통시킨다. 제3베이스 패턴 PTN3은, V상 상부 아암 스위칭 소자(2v)를 W상 하부 아암 스위칭 소자(2z)에 전기적으로 도통시킨다. 제4베이스 패턴 PTN4는, V상 상부 아암 스위칭 소자(2v)를 U상 하부 아암 스위칭 소자(2x)에 전기적으로 도통시킨다. 제5베이스 패턴 PTN5는, W상 상부 아암 스위칭 소자(2w)를 U상 하부 아암 스위칭 소자(2x)에 전기적으로 도통시킨다. 제6베이스 패턴 PTN6은, W상 상부 아암 스위칭 소자(2w)를 V상 하부 아암 스위칭 소자(2y)에 전기적으로 도통시킨다.
(모터 구동 장치의 동작)
모터(1)에 인가된 부하 토크가 항상 일정할 때, 모터(1)의 회전 속도는 항상 고정된다. 따라서, 이 때, 베이스 패턴 PTNm'(m' = 1 내지 6)은, 회전자가 60°의 전기각을 지나 회전할 때 마다 출력되고, 출력 주기도 또한 다음의 이유로 일정하게 된다. 즉, PWM 듀티 제어부(5)에 의해 출력된 PWM 듀티 값이 모터 회전 각도에 관계 없이 고정되기 때문에, 모터(1)의 출력 토크는 사실상 고정되어, 출력 토크 및 부하 토크 간의 차(差)에 동등한 잔류 토크는 사실상 항상 0으로 추정된다.
"To" 및 "Tℓ"이 각각 출력 토크 및 부하 토크를 나타내고, "ω"는 모터(1)의 회전 속도를 나타내며, "Jm"은 모터(1) 및 부하 기계적 시스템의 합성 관성 모멘트를 나타낸다고 가정하면, 다음의 물리 법칙(1)이 만족된다.
dω/dt = (To - Tℓ)/Jm ≒0 ........(1)
그러나, 출력 토크 To가 사실상 고정되고, 부하 토크 Tℓ이 매 순간마다 변경되는 경우는, 다음의 관계식(2)이 얻어진다.
dω/dt = (To - Tℓ)/Jm ≠0 ........(2)
관계식(2)으로부터, 모터(1)의 회전 속도 ω는 시간에 대하여 변동되며, 따라서, 모터(1)는 일정한 속도로서 회전하지 않는다. 출력 토크 To 및 부하 토크 Tℓ간의 차가 사실상 0으로 감소되도록 출력 토크 To가 제어된다면, 모터(1)의 회전 속도 ω의 변동은 저감된다. 그러므로, 본 발명의 모터 구동 장치에서는, 모터(1)의 속도 변동은 속도 차 검출부(4)에서 검출되고, 출력 토크 To 및 부하 토크 Tℓ이 상호 동일하게 되도록 듀티 값이 제어된다.
한편, 모터(1)의 회전 속도는, PWM 듀티 제어부(5)로부터 출력된 베이스 패턴의 듀티 값을 제어함으로써 변경된다. 즉, 모터(1)의 회전 속도가 베이스 패턴의 PWM 듀티 값의 감소에 응답하여 저하하는 한편, 모터(1)의 회전 속도는 베이스 패턴의 PWM 듀티 값의 증가에 응답하여 상승한다. 모터(1)의 회전 속도가 고정될 때, PWM 듀티 값이 증가되면, 모터(1)의 출력 토크 To는 증가한다. 상기에서 설명한 바와 같이, PWM 듀티 값은 모터(1)의 회전 속도 및 출력 토크 To와 밀접하게 관련되어 있다.
따라서, 본 발명의 모터 구동 장치에서는, 주파수 명령 값 ωs에 상응하게 결정되어 모터(1)의 회전 속도를 제어하기 위한 PWM 듀티 값을, "기준 듀티 값"으로 나타내고, 모터(1)의 회전 변동을 억제하기 위한 보정 듀티 값을 정의한다. 기준 듀티 값에 보정 듀티 값을 가산함으로써, "출력 듀티 값"으로 나타내는 출력될 듀티 값이 얻어진다. 출력 듀티 값을 사용함으로써, 모터(1)의 출력 토크 및 부하 토크가 상호 일치하게 되고, 따라서 원활한 모터 구동이 실현된다. 한편, 기준 듀티 값 Do는, "Ds"가 주파수 명령 값 ωs에 의해 결정되는 소정의 듀티 값을 나타내고, "KD"는 정수(定數), "ωO"는 모터(1)의 평균 회전 속도를 나타내는 다음의 방정식(3)에 의해 결정된다.
Do = Ds + KD(ωs - ωO) ...... (3)
이하에서, 보정 듀티 값의 산출, 및 보정 듀티 값을 사용한 기준 듀티 값의 보정을 상세하게 설명한다.
(모터의 회전 속도 및 속도 변동의 검출)
3상 모터(1)의 특성을 고려하면, U, V 및 W상의 1개에 대하여 제로크로스 신호를 기초하여 속도 변동을 얻음으로써 정도(精度)를 바람직하게 향상시킬 수 있다. 즉, U, V 및 W상의 2개 이상에 대한 제로크로스 신호를 동시에 사용하여 속도 변동이 얻어지는 경우에는, 속도 변동은, 자극 위치 검출부(3)의 구성 소자의 U상, V상 및 W상 중의 차(差)와, 착자(着磁) 밸런스(balance), 회전자 조립 공차 등에 기인하는 모터(1)의 전기적 특성의 U상, V상 및 W상 중의 차에 크게 영향을 받아서, 매우 정확한 속도 변동은 얻을 수 없다. 본 실시형태에서 가능한 한 이들 영향을 배제하기 위해서, 회전 속도 및 속도 변동을 동일 상(相)에 대해 발생된 제로크로스 신호에 기초하여 얻는다.
즉, 모터(1)는 3상 모터이기 때문에, 제로크로스 신호는 모터(1)의 1회전 동안에 1개의 상에서 np 회 발생된다. 따라서, 본 실시형태에서는, (360°/np)의 회전각의 간격에서 1개 상에 대해 발생된 제로크로스 신호를 기초하여, (360°/np)의 회전각의 범위에서 회전 속도 ωθ를 구한다. 또한, 어느 시점에서 구해진 회전 속도 ωθ및 그 시점으로부터 360°의 전기각 경과 후 발생하는 회전 속도 ωθ+360간의 속도 차 Δω를 다음의 방정식(4)에 의해 구한다.
Δω = ωθ+360- ωθ.....(4)
회전 속도 ωθ와,회전 속도 ωθ의 시점으로부터 1주기의 전기각 경과후 발생하는회전 속도 ωθ+360는, 동일 상의 제로크로스 신호를 사용하여 구한다. 즉, 속도 차(속도 변동)를 단지 1개 상(相)의 유도 전압 정보에 기초한 제로크로스 신호로부터 검출할 수 있다.
이하에서, 도 3을 참조하여 속도 산출을 구체적으로 설명한다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 베이스 패턴 PTN1 내지 PTN6을 순차로 출력한다. 설명의 편의상, ωn,m은 회전 속도를 나타내는 것으로 가정한다. 모터(1)의 1회전의 회전각 영역을 np로 분할하였을 때, 첨자 "n"은 회전 속도를 얻기 위한 시작점으로서 사용된 분할 영역의 어느 하나를 나타낸다. 한편, 첨자 "m"은 각각의 분할 영역에서 시작점의 위치(각도)를 나타낸다. 즉, m이 0일 때에는, 각각의 분할 영역의 초기 위치를 시작점으로 사용하여 회전 속도를 산출한다. 첨자 m이 1일 때에는, 각각의 분할 영역의 초기 위치로부터 60°의 전기각을 지나 시프트된(shifted) 위치를 시작점으로 사용하여 회전 속도를 산출한다. 첨자 m이 2일 때에는, 초기 위치로부터 120°의 전기각을 지나 시프트된 위치를 시작점으로 사용하여 회전 속도를 산출한다.
예를 들면, 도 3의 회전 속도 ωn,0은, 베이스 패턴 PTN1의 출력 개시로부터 베이스 패턴 PTN4의 출력 개시까지의 180°의 전기각의 범위에서 각도 0°를 시작점으로 사용하여 구한 회전 속도를 나타낸다. 회전 속도 ωn,0은, 베이스 패턴 PTN1의 출력 타이밍과 베이스 패턴 PTN4의 출력 타이밍으로부터 구해지며, 이들 2개의 출력 타이밍은 U상의 제로크로스 신호에 의해 주어진다.
이하에서, 도 3을 참조하여 회전 속도 ωn,m을 설명한다. 회전 속도 ωn,0은 베이스 패턴 PTN1의 출력으로부터 베이스 패턴 PTN4의 출력까지의 기간 중의 회전 속도이고, U상의 제로크로스 신호에 의해 구해진다. 회전 속도 ωn,1은 베이스 패턴 PTN2의 출력으로부터 베이스 패턴 PTN5의 출력까지의 기간 중의 회전 속도이고, W상의 제로크로스 신호에 의해 구해진다. 회전 속도 ωn,2은 베이스 패턴 PTN3의 출력으로부터 베이스 패턴 PTN6의 출력까지의 기간 중의 회전 속도이고, V상의 제로크로스 신호에 의해 구해진다. 회전 속도 ωn+1,0은 베이스 패턴 PTN4의 출력으로부터 베이스 패턴 PTN1의 출력까지의 기간 중의 회전 속도이고, U상의 제로크로스 신호에 의해 구해진다. 회전 속도 ωn+1,1은 베이스 패턴 PTN5의 출력으로부터 베이스 패턴 PTN2의 출력까지의 기간 중의 회전 속도이고, W상의 제로크로스 신호에 의해 구해진다. 회전 속도 ωn+1,2은 베이스 패턴 PTN6의 출력으로부터 베이스 패턴 PTN3의 출력까지의 기간 중의 회전 속도이고, V상의 제로크로스 신호에 의해 구해진다.
회전 속도 ωn+2,0은 베이스 패턴 PTN1의 출력으로부터 베이스 패턴 PTN4의 출력까지의 기간 중의 회전 속도이고, U상의 제로크로스 신호에 의해 구해진다. 회전 속도 ωn+2,1은 베이스 패턴 PTN2의 출력으로부터 베이스 패턴 PTN5의 출력까지의 기간 중의 회전 속도이고, W상의 제로크로스 신호에 의해 구해진다. 회전 속도 ωn+2,2은 베이스 패턴 PTN3의 출력으로부터 베이스 패턴 PTN6의 출력까지의 기간 중의 회전 속도이고, V상의 제로크로스 신호에 의해 구해진다. 회전 속도 ωn+3,0은 베이스 패턴 PTN4의 출력으로부터 베이스 패턴 PTN1의 출력까지의 기간 중의 회전 속도이고, U상의 제로크로스 신호에 의해 구해진다. 회전 속도 ωn+3,1은 베이스 패턴 PTN5의 출력으로부터 베이스 패턴 PTN2의 출력까지의 기간 중의 회전 속도이고, W상의 제로크로스 신호에 의해 구해진다. 회전 속도 ωn+3,2은 베이스 패턴 PTN6의 출력으로부터 베이스 패턴 PTN3의 출력까지의 기간 중의 회전 속도이고, V상의 제로크로스 신호에 의해 구해진다.
(듀티 값의 보정)
각각의 분할 영역의 회전 속도 ωn,m은 순차적으로 구해지며, 속도 차 Δωn,m은60°의 전기각 간격에서 구해진다. 속도 차 Δωn,m에 보정 게인(gain) K(K〉0)을 승산함으로써, 보정 듀티 값은 다음의 방정식(5)에 의해 얻어진다.
보정 듀티 값 = -K·Δωn,m.....(5)
속도 차 Δωn,m및 구해진 보정 듀티 값은, PWM 듀티 제어부(5)의 보정 듀티 저장 영역 및 속도 저장 영역에 저장된다. 예를 들면, 도 3에서, 보정 듀티 값은, U상의 제로크로스 신호를 사용하여 베이스 패턴 PTN4의 출력의 시간에 얻은 회전 속도 ωn+2,0과, 360°의 전기각에 의해 상기 베이스 패턴 PTN4를 선행하는 이전의 베이스 패턴 PTN4의 출력의 시간에서 이미 구해진 회전 속도 ωn,0으로부터 산출되며, 보정 듀티 저장 영역에 저장된다.
이하에서 설명하는 바와 같이, 이 시점에서 저장된 보정 듀티 값은, {180°×(np-2)}의 전기각 경과 후 사용될 듀티 값을 구하는데 사용된다. 그 목적은, 회전 속도 ωn,0을 위한 360°만큼 선행하는 베이스 패턴 PTN4의 분할 영역에 대응하여 기계적 회전 각도 범위에 모터 회전 각도가 재차 합치하게 될 때, 보정 듀티 값을 출력하기 위한 것이다. 상기 보정 듀티 값을 사용함으로써, 모터(1)의 출력 토크를 60°의 전기각 간격에서 제어한다.
(모터 구동 장치의 제어 흐름도)
상기에서 설명한 바와 같이 동작하는 모터 구동 장치의 제어를 나타내는 흐름도이다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 베이스 패턴 PTNm'이 단계 S11에서 출력될 때, 시점으로부터 상기 시점에 180°의 전기각 만큼 선행하는 시점까지의 범위에있는 회전 속도 ωn,m은 단계 S12에서 구해진다. 그 다음, 단계 S13에서, 회전 속도 ωn,m과, 회전 속도 ωn,m의 시점에 360°의 전기각 만큼 후속하는 시점에서 얻어진 회전 속도 ωn+2,m간의 차를 취함으로써, 속도 차 Δωn,m을 산출한다. 이 때, 속도 차 Δωn,m에는 연산 오차와 자극 위치 검출부(3)의 검출 오차가 상당히 포함되어 있기 때문에, 이들 오차의 영향을 최소화 시키기 위해 속도 차 Δωn,m을 보정함으로써 단계 S14에서 보정된 속도 차 Δωn,m'을 얻는다.
더욱 상세하게는, 도 5에 나타낸 비(非) 선형 산술 연산에 의해 보정이 실행된다. 도 5에 나타낸 처리 공정은, Δω'는 보정된 속도 차를 나타내고, α(α≥0)는 실험적으로 구해진 정수로서, 다음의 방정식(6)을 만족한다.
Δω〉α일 때, Δω' = Δω- α
｜Δω｜≤α일 때, Δω' = 0 (6)
Δω〈-α일 때, Δω' = Δω+ α
그 후, 보정된 속도 차 Δω'에 보정 게인 K를 승산함으로써, 기준 듀티 값 Do를 보정하는 보정 듀티 값 Dn,m을 단계 S15에서 구한다. 그 다음, 이 보정 듀티 값 Dn,m은 단계 S16에서 PWM 듀티 제어부(5)의 보정 듀티 저장 영역에 저장된다. 이어서, 기준 듀티 값 Do는 단계 S17에서 PWM 듀티 제어부(5)에 입력된다. {180°×(np - 2)}의 전기각 만큼 선행하는 시점에서 산출되어 저장된 보정 듀티 값 ΔDn-(np-2),m을 단계 S18에서 PWM 듀티 제어부(5)의 보정 듀티 저장 영역에서 판독해 낸다. 그 다음, 단계 S19에서, 보정 듀티 값 ΔDn-(np-2),m및 기준 듀티 값 Do로부터 다음의 방정식(7)에 의해 출력 듀티 값 D'를 구한다.
D' = Do + ΔDn-(np-2),m.....(7)
PWM 듀티 제어부(5)는 단계 S20에서 DC/AC 변환부(2)에 출력 듀티 값 D'를 출력한다.
상기에서 설명한 바와 같이 구해진 출력 듀티 값, 기준 듀티 값 및 보정 듀티 값을 도 6a에 나타낸다. 도 6a에 나타내 바와 같이, 본 실시형태의 모터 구동 장치에서는, 주파수 명령 값 ωs에 의해 결정된 기준 듀티 값은, 출력 듀티 값을 얻기 위해서 보정 듀티 값에 의해 보정되며, DC/AC 변환부(2)의 스위칭 소자의 동작은 출력 듀티 값을 사용함으로써 제어된다. 따라서, 도 6b에 나타낸 바와 같이, 부하 토크에 상응하는, 모터(1)의 출력 토크가 발생될 수 있기 때문에, 모터(1)는 안정적으로 동작할 수 있다. 즉, 도 6b에 나타낸 바와 같이, 출력 토크는 부하 토크와 사실상 일치하도록 변화하기 때문에, 방정식(1)의 잔류 토크는 감소하고, 따라서, 시간에 따른 모터(1)의 회전 속도 ω의 변동은 저감된다.
한편, 상기 설명에서, 3상 브러시리스 DC 모터를 설명하였다. 그러나, 본 발명은 3상이 아닌 상이한 숫자의 상을 가진 모터에도 또한 적용할 수 있으며, 모터의 회전 속도 및 속도 차의 범위는, 회전 속도 및 속도 차가 동일 상의 전기자 권선의 제로크로스 정보로부터 얻어지도록 설정된다.
본 발명의 모터 구동 장치의 상기 설명으로부터 명백한 바와 같이, 모터의 회전 속도는 동일 상(相)의 제로크로스 정보에 기초하여 얻어지며, 기준 듀티 값은 상기 회전 속도에 기초하여 제어된다. 따라서, 위치 검출부 구성 소자의 분산 및 각각의 상에서 모터 권선 중의 차에 의해 야기된 영향을 제외시킬 수 있기 때문에, 회전 속도는 매우 정확하게 검출될 수 있어서, 기준 듀티 값은 더욱 고정도(高精度)로서 출력 듀티 값에 보정될 수 있다. 그러므로, 모터 구동 장치에서, 모터의 출력 토크 및 기계적 시스템의 부하 토크 간의 차에 의해 발생된 잔류 토크가, 매우 정확하게 보정된 출력 듀티 값을 사용함으로써, 추가로 억제될 수 있기 때문에, 기계적 시스템의 소음 및 진동이 완화될 수 있어서, 소음 및 진동에 대한 대책이 간략화 될 수 있다. 더욱이, 회로의 제조 비용이 저감될 수 있다.
한편, 모터 구동 장치에서, 모터의 회전 속도가, 전기자 권선의 유도 전압의 제로크로스 신호가 발생할 때 마다, 즉, 60°의 전기각 간격에서, 얻어지기 때문에, 잔류 토크가 더욱 정교하게 제어될 수 있으며, 소음 및 진동을 억제함으로써 모터의 고성능화가 도모될 수 있다.
한편, 모터 구동 장치에서, 회전 속도 간의 속도 차를 검출할 수 있기 때문에, 잔류 토크를 대략 추정할 수 있고, 따라서, 속도 제어 성능이 안정화 될 수 있다. 이 때, 얻어진 속도 차는 비(非) 선형 산술 연산을 할 수도 있어서, 제어 안정성이 더욱 향상되고, 모터의 헌팅(hunting) 또는 탈조(脫調)로부터 사실상 자유로운, 높은 동작 신뢰성을 갖는 모터 구동 장치를 얻을 수 있다.
더욱이, 모터 구동 장치에서, 60°의 전기각 간격에서 출력 듀티 값이 갱신되기 때문에, 출력 듀티 값이 60°의 전기각 간격에서 정교하게 제어될 수 있어서, 소음 및 진동을 억제함으로써 모터의 고성능화가 도모될 수 있다.
또한, 모터 구동 장치에서, 출력 듀티 값이 얻어진 시점으로부터 {180°×(np - 2)}의 전기각 경과 후, 출력 듀티 값이 출력될 수 있기 때문에, 모터의 출력 토크 위상 및 부하 토크 위상이 상호 합치될 수 있어서, 잔류 토크가 최소화될 수 있으며, 따라서, 소음 및 진동을 억제함으로써 모터의 고성능화 및 기계적 시스템의 높은 신뢰성을 성취할 수 있다.
더욱이, 모터 구동 장치에서, 출력 듀티 값이, 모터의 회전 속도 제어를 위한 기준 듀티 값에 속도 차 제어를 위한 보정 듀티 값을 가산함으로써 얻어지기 때문에, 모터의 회전 속도 제어 시스템은 속도 변동 또는 부하 변동에 응답성이 높아서, 속도 서보(servo) 운전에 적합한 모터 구동 장치를 얻을 수 있다.

Claims (8)

  1. 3상(相) np극(極)(np = 4 이상의 짝수) 브러시리스 DC 모터의 회전수를 제어하는 모터 구동 장치에 있어서,
    다수의 스위칭 소자를 포함하고, 스위칭 소자의 개폐의 펄스폭 변조(PWM) 제어를 실행하는 제어 신호에 응답하여 스위칭 소자를 개폐함으로써 DC 전압을 요구되는 의사(擬似) AC 전압으로 변환하여, 브러시리스 DC 모터에 의사 AC 전압을 출력하는 DC/AC 변환 수단과,
    브러시리스 DC 모터의 3상(相) 전기자 권선의 유도 전압으로부터 얻어진 회전 위상(位相)을 검출하여 회전 위상 정보를 출력하는 위치 검출 수단, 및
    제어 신호를 출력하는 듀티 제어 수단을 구비하고;
    또한, 듀티 제어 수단은 주파수 명령 값에 기초하여 제어 신호에 기준 듀티 값을 결정하는 기준 듀티 결정 수단과, 브러시리스 DC 모터의 1회전 각도의 np 분할에 동등한 각도 간격에서 브러시리스 DC 모터의 회전 속도를 구하여, 회전 속도에 기초하여서 기준 듀티 값을 출력 듀티 값으로 보정하는 보정 수단 및 출력 듀티 값을 갖고 있는 제어 신호를 출력하는 출력 수단을 포함하여 구성되는 모터 구동 장치.
  2. 제1항에 있어서, 듀티 제어 수단의 보정 수단은 전기자 권선의 유도 전압의 1개 제로크로스 발생의 타이밍과, 상기 제로크로스의 상(相)과 동일한 상을 가지며, 상기 제로크로스로부터 180°의 전기각 경과 후 발생하는 후속 제로크로스 발생의 타이밍으로부터 브러시리스 DC 모터의 회전 속도를 구하는 모터 구동 장치.
  3. 제1항에 있어서, 듀티 제어 수단의 보정 수단은 전기자 권선의 각각의 상에 있어서의 유도 전압에 제로크로스가 발생할 때 마다 회전 속도를 구하는 모터 구동 장치.
  4. 제1항에 있어서, 1개 회전 속도와, 상기 회전 속도로부터 360°의 전기각 경과 후 발생하는 후속 회전 속도 간의 차(差)를 검출하는 속도 차 검출 수단을 추가로 구비하고,
    또한, 듀티 제어 수단의 보정 수단은 상기 차에 따라서 기준 듀티 값을 보정하는 모터 구동 장치.
  5. 제4항에 있어서, 속도 차 검출 수단이 속도 차를 검출한 후, 속도 차 검출 수단은 또한, 상기 차를 비(非) 선형 산술 연산에 의해 보정하는 모터 구동 장치.
  6. 제1항에 있어서, 듀티 제어 수단은 브러시리스 DC 모터가 60°의 전기각을 지나 회전할 때 마다 출력 듀티 값을 갱신하는 모터 구동 장치.
  7. 제1항에 있어서, 듀티 제어 수단의 출력 수단은 회전 속도에 기초하여, 출력듀티 값을 상기 출력 듀티 값으로부터 {180°×(np - 2)}의 전기각 경과 후 발생하는 후속 출력 듀티 값으로서 출력하는 모터 구동 장치.
  8. 제4항에 있어서, 듀티 제어 수단의 보정 수단은, 상기 차(差)에 따라서 보정 듀티 값을 결정하고, 기준 듀티 값에 상기 보정 듀티 값을 가산함으로써 출력 듀티 값을 구하는 모터 구동 장치.
KR1020020026092A 2001-05-18 2002-05-13 모터 구동 장치 KR20020088359A (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001149017A JP2002354873A (ja) 2001-05-18 2001-05-18 モータ駆動装置
JPJP-P-2001-00149017 2001-05-18

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20020088359A true KR20020088359A (ko) 2002-11-27

Family

ID=18994240

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020020026092A KR20020088359A (ko) 2001-05-18 2002-05-13 모터 구동 장치

Country Status (3)

Country Link
JP (1) JP2002354873A (ko)
KR (1) KR20020088359A (ko)
CN (1) CN1387310A (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101367680B1 (ko) * 2012-10-29 2014-03-12 삼성전기주식회사 모터 구동 제어신호 생성장치

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3829838B2 (ja) * 2003-11-05 2006-10-04 ソニー株式会社 センサレスブラシレスモータ
JP4706324B2 (ja) * 2005-05-10 2011-06-22 トヨタ自動車株式会社 モータ駆動システムの制御装置
KR101296637B1 (ko) * 2006-12-04 2013-08-14 엘지디스플레이 주식회사 액정표시장치
JP4286883B2 (ja) * 2007-06-27 2009-07-01 三菱電機株式会社 三相ブラシレスモータの制御装置

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0595696A (ja) * 1991-10-02 1993-04-16 Matsushita Refrig Co Ltd 直流電動機の運転制御装置
KR950004714A (ko) * 1993-07-19 1995-02-18 이헌조 유도모터의 속도 제어장치
KR19990023163A (ko) * 1997-08-07 1999-03-25 오카모토 세이시 전동기 제어장치 및 이 제어장치를 이용한 공기조화기
JP2001119981A (ja) * 1999-10-12 2001-04-27 Toshiba Kyaria Kk コンプレッサ駆動制御装置及び空気調和機
JP2001119977A (ja) * 1999-10-20 2001-04-27 Matsushita Electric Ind Co Ltd モータ駆動装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0595696A (ja) * 1991-10-02 1993-04-16 Matsushita Refrig Co Ltd 直流電動機の運転制御装置
KR950004714A (ko) * 1993-07-19 1995-02-18 이헌조 유도모터의 속도 제어장치
KR19990023163A (ko) * 1997-08-07 1999-03-25 오카모토 세이시 전동기 제어장치 및 이 제어장치를 이용한 공기조화기
JP2001119981A (ja) * 1999-10-12 2001-04-27 Toshiba Kyaria Kk コンプレッサ駆動制御装置及び空気調和機
JP2001119977A (ja) * 1999-10-20 2001-04-27 Matsushita Electric Ind Co Ltd モータ駆動装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101367680B1 (ko) * 2012-10-29 2014-03-12 삼성전기주식회사 모터 구동 제어신호 생성장치

Also Published As

Publication number Publication date
JP2002354873A (ja) 2002-12-06
CN1387310A (zh) 2002-12-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4294602B2 (ja) 多相モータのロータ磁極位置検出装置及びそれを備えたモータ駆動装置並びにモータ駆動方法
US6828752B2 (en) Driving equipment and semiconductor equipment for alternating-current motor
US9819289B2 (en) Control apparatus for rotating electric machine
US7859209B2 (en) Control device for synchronous motor
US8836255B2 (en) Control device
JP2006352957A (ja) 同期モータの制御装置
JP5790390B2 (ja) 交流モータの制御装置および制御方法
JP6329504B2 (ja) モータ駆動制御装置およびモータ駆動制御方法
KR20020088359A (ko) 모터 구동 장치
JP4128703B2 (ja) モータ駆動装置
WO2017154185A1 (ja) 脱調検出装置及び脱調検出方法
JP2012244735A (ja) 回転機の制御装置およびその製造方法
Tang et al. Compensation of dead-time effects based on revised repetitive controller for PMSM drives
JP2002204592A (ja) インバータ装置
Kyslan et al. Speed sensorless control of PMSM with unscented Kalman filter and initial rotor alignment
JP4026427B2 (ja) モーター制御装置
JP2009247089A (ja) ブラシレスモータ用インバータの制御方法及びそれを用いた装置
JP6619382B2 (ja) モータ駆動制御装置及びモータ駆動制御装置の制御方法
WO2021199410A1 (ja) 三相交流回転機の制御装置
WO2022091208A1 (ja) 電動機速度制御装置及び電動機速度制御方法
JP7357809B1 (ja) ドライブシステム及び制御方法
WO2021106609A1 (ja) 電力変換装置
Haehnlein et al. Current Harmonics Control Algorithm for inverter-fed Nonlinear Synchronous Electrical Machines
JP2002272163A (ja) ブラシレスモータの制御装置
Cao et al. A No-disturbance Startup Scheme for PMSM Speed Loop with Auto-tuned Current Loop

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application