KR20040010065A - Ｐｗｍ형 모터 구동 장치 - Google Patents

Abstract

모터 기동 시에 발생하는 모터 구동 전류의 리플 주파수가 가청 주파수 대역의 범위에 들어가지 않도록 한 PWM형 모터 구동 장치를 얻는다.

3상 모터(11)의 회전수를 회전수 검출 수단(3)에 의해 검출시켜, 펄스 주파수가 가청 주파수 대역보다 높은 PWM 듀티 제어 신호를 PWM 듀티비 제어 신호 생성 수단(1)에 의해 생성시키고, PWM 제어 수단(2)이 모터를 가속시킬 때에 PWM 듀티 제어 신호에 근거하여 구동 수단(6)을 제어하여, 모터의 회전수가 소정의 회전수로 되면 PWM 회전 제어 수단 생성 수단(5)이 생성한 PWM 회전 신호에 근거하여 구동 수단(6)을 제어해서 3상 모터(11)를 구동시킨다.

Description

ＰＷＭ형 모터 구동 장치{PULSE WIDTH MODULATION MOTOR DRIVING DEVICE FOR CONTROLLING DRIVING OPERATION OF A THREE-PHASE MOTOR AT THE START AND ORDINARY ROTATIONAL FREQUENCY}

본 발명은 모터의 구동 부하가 커지는 회전수 증가 등에서, 가청 주파수 대역의 진동 및 잡음의 발생을 억제하는 PWM형 모터 구동 장치에 관한 것이다.

도 3은 종래의 Pulse Width Modulation(이하, PWM이라 기재함)형 모터 구동 장치의 개략 구성을 나타내는 블럭도이다. 도시한 것은 일반적인 전류 쵸퍼형 3상 브러쉬리스 모터(current chopper type three-phase brushless motor)의 "W상(W-phase)" 부하 코일에 접속되는 모터 구동 장치의 개략 구성을 나타낸 것이며, 다른 "U상(U-phase)", "V상(V-phase)" 부하 코일의 각 상(phase)에 동일한 구성의 모터 구동 장치가 구비된다. 여기서는, 설명을 간단하게 하기 위해서, "W상" 부하 코일에 접속되는 구동 장치에 대해 설명한다. 도면에 있어서, (110u)는 U상의 모터 구동 장치(도시하지 않음)에 접속되는 "U상" 부하 코일, (110v)는 V상 모터 구동 장치(도시하지 않음)에 접속되는 "V상" 부하 코일, (110w)는 W상 모터 구동 장치에 접속되는 "W상" 부하 코일, (100)은 3상 전원에 의해 구동하는 3상 브러쉬리스 모터, (101)은 U상의 모터 구동 장치로부터 모터(100)의 "U상" 부하 코일(110u) 및"W상" 부하 코일(110w), 및 W상의 모터 구동 장치를 거쳐서 접지 측으로 흐르는 구동 전류, (102)는 모터(100)의 "U상" 부하 코일(110u) 및 "W상" 부하 코일(110w)로부터 W상의 모터 구동 장치를 거쳐서 전원 Va측으로 흐르는 회생(回生) 전류(regenerative current), (103)은 구동 수단, (104)는 래치, (105)는 비교기, (106)은 일정한 주파수의 펄스로 이루어지는 PWM 캐리어 신호를 생성하는 PWM 캐리어 신호 생성 수단, (107)은 P 채널의 스위칭 트랜지스터, (108)은 N 채널의 스위칭 트랜지스터, (109)는 접지 측으로 흐르는 전류(101)의 경로에 삽입된 부하 저항이다.

다음에 동작에 대하여 설명한다.

3상 브러쉬리스 모터의 구동 제어를 행하는 PWM형 모터 구동 장치에서는, 모터 기동 시 또는 정상 회전 시의 구동 전류 제어에서, 소위 전류 쵸퍼형 PWM 제어 방식을 이용하고 있다. 도 3에 도시한 PWM형 모터 구동 장치는, PWM 캐리어 신호 생성 수단(106)에 의해서 PWM 캐리어 신호의 펄스를 래치(104)에 의해 래치하고, 펄스의 상승 에지에 맞추어 하이 레벨의 제어 신호를 래치(104)로부터 구동 수단(103)으로 입력한다.

구동 수단(103)은 래치(104)로부터의 하이 레벨의 제어 신호에 근거하여, 스위칭 트랜지스터(107)를 오프 상태로, 또 스위칭 트랜지스터(108)를 온 상태로 한다. 즉, PWM 캐리어 신호의 상승 에지에 맞추어 스위칭 트랜지스터(107)를 오프 상태로, 또 스위칭 트랜지스터(108)를 온 상태로 한다. 이렇게 하면 모터(100)에는 "U상" 부하 코일 측으로부터 "W상" 부하 코일 측으로 전류(101)가 흘러,모터(100)의 "W상" 부하 코일로부터 전류(101)가 온 상태의 스위칭 트랜지스터(108)를 거쳐서 일단(一端)이 접지된 부하 저항(109)에 공급되어 그라운드로 방전된다. 부하 저항(109)에 인가된 전압값은 부하 저항(109)에 인가된 전압값으로서 비교기(105)로 입력된다.

비교기(105)는 부하 저항(109)에 인가된 전압값과 소정의 참조 전압 REF를 비교한다. 부하 저항(109)에 인가된 전압값이 소정의 참조 전압 REF보다도 큰 경우, 전류(101)가 소정의 제한값보다 크다고 판단한다. 비교 결과는 래치(104)에 입력된다. 전류(101)가 소정의 제한값보다 크다고 판단한 경우에는, 비교기(105)는 래치(104)를 리세트하고, 구동 수단(103)에 입력되어 있는 제어 신호를 로우 레벨로 한다. 이렇게 하면, 구동 수단(103)은 스위칭 트랜지스터(108)를 오프 상태로, 또 스위칭 트랜지스터(107)를 온 상태로 한다. 이 경우, 모터(100)의 "U상" 부하 코일(110u) 및 "W상" 부하 코일(110w)로부터 온 상태의 스위칭 트랜지스터(107)를 거쳐서 전원 Va로 회생 전류(102)가 흐른다. 그 후, PWM 캐리어 신호 생성 수단(106)으로부터 새로운 펄스가 래치(104)에 입력되면, 새로운 펄스의 상승 에지에 맞추어 하이 레벨의 제어 신호를 새롭게 래치(104)로부터 구동 수단(103)으로 입력한다. 그렇게 함으로써, 구동 수단(103)은 재차 스위칭 트랜지스터(108)를 온 상태로, 또 스위칭 트랜지스터(107)를 오프 상태로 한다. 즉, PWM 캐리어 신호 생성 수단(106)으로부터 출력된 신호의 새로운 펄스의 상승 에지에 맞추어 재차 스위칭 트랜지스터(108)는 온 상태로, 또 스위칭 트랜지스터(107)는 오프 상태로 된다. 종래의 PWM형 모터 구동 장치는, 이러한 동작을 반복하여모터(100)를 구동하고, 도 3에 나타내는 비교기(105), 부하 저항(109) 등이 모터(100)의 전류 제한 수단으로서 작용한다.

이와 같이, 종래의 전류 쵸퍼형 PWM 모터 구동 장치는, 모터(100)에 흐르는 전류를 검출하여 귀환 제어하는 것이며, 예컨대 다이렉트 PWM 방식 등에 비해 모터의 입출력간 전력 컨덕턴스 선형성(線形性)이 우수하고, 또한 도 3에 나타낸 부하 저항(109), 비교기(105) 등의 전류 제한 수단을 비교적 간소하게 구성할 수 있는 특징을 갖는다.

도 4는 종래의 PWM형 모터 구동 장치의 동작을 나타내는 설명도이다. 이 도 4는 도 3에 나타낸 모터(100)가 구동될 때, 예컨대 3상 모터의 "U상" 부하 코일 측으로부터 "W상" 부하 코일 측으로 흐르는 전류(101, 102)의 경로에 개재하는 각 요소를 나타낸 등가 회로도이며, 일반적인 전류 쵸퍼형 PWM 구동 장치의 동작의 일례를 나타낸 것이다. 도면에 있어서, L은 모터(100)에 구비된 부하 코일(110u, 110w)의 인덕터 성분, R은 상기 부하 코일(110u, 110w)의 저항 성분이다. Va는 부하 코일에 공급되는 전원 전압이다.

도 5는 종래의 PWM형 모터 구동 장치의 동작을 나타내는 설명도이다. 도시한 것은, 도 3에 나타낸 PWM형 모터 구동 장치가 전류 제한 동작을 행할 때에 모터(100)에 흐르는 출력 전류(구동 전류(101) 및 회생 전류(102)) 파형 및 PWM 캐리어 신호의 파형을 나타낸 것이다.

PWM형 모터 구동 장치를 도 4의 등가 회로로 치환하면, 인덕터 성분 L 및 저항 성분 R을 갖는 모터를 구성하는 부하 코일의 작용은 「부하 코일에 통전하는 시간」과 「부하 코일에 축적된 전하를 전원으로 회생시키는 시간」이 반복되어, 부하 코일의 인덕터 성분 L의 필터 효과를 이용하여 당해 등가 회로에 흐르는 전류를 평균화시키고 있다.

도 3에 나타낸 구동 전류(101)가 모터(100) 및 PWM형 모터 구동 장치 내를 흘러 부하 저항(109)을 거쳐서 그라운드로 흐르는 시간이 상기 「부하 코일에 통전하는 시간」에 상당하며, 전류(102)가 모터(100) 및 PWM형 모터 구동 장치 내를 흘러 전원 전압 Va측으로 회생하는 시간이 상기 「부하 코일에 축적된 전하를 전원으로 회생시키는 시간」에 상당한다. 여기서, 「부하 코일이 통전에 의해 충전되는 시간」을 T1이라고 정의하고, 전류(102)가 흐르는 시간, 즉 「부하 코일이 축적된 전하를 방전하는 시간」을 T2라고 정의하면, 도 4의 등가 회로에 있어서, 다음 수학식 1 및 2가 성립한다.

단, Im=Va/R로 한다. 또, I1은 모터(100)에 흐르는 통상의 전류값, I2는 모터(100)에 흐르는 전류의 제한값이며, 도 5에 도시된 것이다.

종래의 PWM형 모터 구동 장치는, 모터(100)가 통상의 회전 동작을 할 때와 같이 부하 코일에 흐르는 전류가 적을 때에는 T1<T2로 나타내어지는 충전 시간이 방전 시간보다도 짧아지는 충방전 동작을 반복하여 모터 구동을 행한다. 이러한경우에는, 구동 수단(103)은 도 5 중에서 위 방향의 화살표로 나타낸 PWM 캐리어 신호의 상승 에지를 검출하면, 도 5에서 「통상의 출력 전류」라 부른 파형과 같이 빠르게 모터(100)에 전류(101)를 통전시켜, 충전이 행해진다. 통상 출력의 전류값 I1로부터 시간 T1 동안에 충전 전류(101)가 증가하여 전류 제한값 I2에 도달하면, 도 3에 나타낸 PWM형 모터 구동 장치에서는 전류 제한 수단인 비교기(105)가 래치(104)를 리세트하여 충전 전류(101)의 통전을 정지하여, 즉 당해 모터(100)를 구성하는 부하 코일의 충전 작용을 정지시켜, 시간 T2 동안에서 전류값 I1까지 감소하도록 당해 모터(100)의 부하 코일에 축적된 전하를 방전시킨다. 또, PWM 캐리어 신호 생성 수단(106)에 의해서 생성된 PWM 캐리어 신호가 재차 상승하면 방전 동작으로부터 충전 동작으로 전환하며, 이후, 충방전의 주기 동작이 반복되어, 모터(100)의 PWM에 의한 구동이 행해진다.

결국, 모터 기동 시의 잡음이 증가한다.

다른 종래기술을 설명한다.

도 6은 종래의 다른 PWM형 모터 구동 장치의 동작을 나타내는 설명도이다. 도면에 있어서, (601)은 모터 통전 시간, (602)는 모터에 흐르는 전류가 전류 제한값에 도달하고 나서 타이머가 작동하고 있는 시간이다. (603)은 모터 통전 시간(601)과 타이머 작동 시간(602)의 합으로서, 당해 PWM형 모터 구동 장치의 충방전 동작의 주기이다. 이 주기(603)은 가청 주기보다 길며, 즉 가청 주파수에서 최대인 20㎑ 이하의 주파수로 되는 것이다.

도 6에 나타낸 모터 전류 및 모터 전류 제어 신호는, 모터를 기동할 때에 상기 종래의 다른 PWM형 모터 구동 장치가 행하는 출력 전류의 제어를 나타낸 것이며, 「당해 구동 장치가 출력 전류의 제한값을 초과한 시점부터, 충전 동작으로부터 강제적으로 회생, 즉 충전 동작으로 이행하여, 타이머 등으로 계측하는 일정 시간에 걸쳐 충전 동작을 속행하는」 제어 동작을 나타낸 것이다. 도 6에 나타낸 모터 전류 제어 신호는 모터 통전 시간(601)이 경과하여, 모터 전류가 전류 제한값에 도달하면 타이머 작동 시간(602) 동안에 방전 동작을 실행시켜, 재차 모터에 통전시키는 제어를 반복하여 행하는 것이다.

도 3에 나타내는 종래의 PWM형 모터 구동 장치는 이상과 같이 구성되어 있기 때문에, 모터 기동 시와 같이 소비 전기량이 많아지는 경우에는, 도 5에 나타낸 「리플 주기 배수화 시의 출력 전류」라고 칭하며 나타낸 파형과 같이, 출력 전류의 전류 리플 주기가 PWM 캐리어 신호의 주기에 대해 2배, 3배 등등으로 배수화하고 있는 현상이 발생한다. 상세히 이 리플 주기 배수화 현상을 설명하면, 모터에서 요구하는 전기량이 많아지면 충전에 소요되는 시간이 길어져 T1>T2로 되어, PWM 캐리어 신호의 상승 에지 검출 직후에 개시하는 충전은 전류 제한값에 도달할 때까지 시간이 소요되어, 다음 PWM 캐리어 신호의 상승 에지가 검출된 단계에서는 아직 전류 제한값에 도달하고 있지 않는 충전 중이므로, 이들 상승 에지 사이에서 방전 동작이 행해지지 않아, 충전 전류가 전류 제한값에 도달할 때까지 충전 동작이 계속된다. 그 결과, 예컨대 PWM 캐리어 신호의 1주기분 지연되게 된다. 이러한 경우에는 출력 전류의 리플 주기가 2배로 된다. 또, 충전 시간 T1이 길어질수록 출력 전류의 리플 주기는 3배, 4배로 증가한다.

2배 이상의 출력 전류 리플 주기 배수화 발생의 조건은 T1>T2로 될 때이고, 상기 수학식 1, 2로부터 다음 식이 구해진다.

미리 가청 주파수 대역보다도 충분히 높은 주파수로 PWM 캐리어 신호의 주파수를 설정하여, 출력 전류의 주파수가 가청 주파수 대역으로 들어가는 것을 방지하더라도, 이 리플 주기 배수화 현상에 의해서 출력 전류의 주파수가 전류 리플 주파수로 저하하여, 전류 리플 주파수에서도 출력 전류값의 변동에 의해 가청 주파수 대역의 잡음을 발생시키게 되어, 모터 기동 시의 잡음이 증가된다.

또한 다른 종래기술인 도 6에 나타낸 모터 전류 제어 신호를 이용하여, 당해 구동 장치가 출력 전류의 제한값을 초과한 시점부터, 충전 동작으로부터 강제적으로 회생, 즉 방전 동작으로 이행하여, 타이머 등에서 계측하는 일정 시간에 걸쳐 방전 동작을 속행하도록 한 경우에도, 부하 코일의 통전 시간, 즉 충전 시간은 수학식 1에 의해서 구해지는 T1에 의해 결정되고, 타이머 등에서 계측한 일정 시간의 강제 회생 시간과의 합, 즉 충방전 주기 동작이 가청 주파수 대역의 잡음으로 되는 경우가 있다.

이와 같이 모터 기동 시의 리플 주기 배수화 현상은 전류값 제한에 의한 전류 쵸퍼형을 채용한 PWM형 모터 구동 장치에서는 피할 수 없다는 문제가 있었다. 또한, 당해 구동 장치가 출력 전류의 제한값을 초과한 시점부터, 충전 동작으로부터 강제적으로 회생, 즉 방전 동작으로 이행하여, 타이머 등에서 계측하는 일정 시간에 걸쳐 방전 동작을 속행하도록 한 경우라도, 출력 전류의 전류 리플 주파수가 가청 주파수 대역의 잡음으로 되는 것을 피할 수 없다는 문제가 있었다.

본 발명은 상기한 문제를 고려하여 이루어진 것으로, 모터 기동 시에 발생하는 모터에 흐르는 출력 전류의 주파수가 가청 주파수 대역의 범위에 들어가지 않도록 하여 잡음을 억제하는 PWM형 모터 구동 장치를 얻는 것을 목적으로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 PWM형 모터 구동 장치의 구성을 나타내는 블럭도,

도 2는 실시예 1에 따른 PWM 모터 구동 장치의 동작을 나타내는 설명도,

도 3은 종래의 PWM형 모터 구동 장치의 개략 구성을 나타내는 블럭도,

도 4는 종래의 PWM형 모터 구동 장치의 동작을 나타내는 설명도,

도 5는 종래의 PWM형 모터 구동 장치의 동작을 나타내는 설명도,

도 6은 종래의 다른 PWM형 모터 구동 장치의 동작을 나타내는 설명도.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : PWM 듀티비 제어 신호 생성 수단

2 : PWM 제어 수단3 : 회전수 검출 수단

4 : 통전 상 전환 검출 수단(current-carrying phase change detecting means)

5 : PWM 회전 제어 신호 생성 수단

6 : 구동 수단7 : 전원

8, 9, 10 : 출력 버퍼11 : 3상 모터(모터)

본 발명에 따르면, 가청 주파수 대역보다 높은 주파수로 설정된 펄스가 고정 듀티비로 설정되는 PWM 듀티비 제어 신호를 생성하는 PWM 듀티비 제어 신호 생성 수단과, 모터의 회전수를 검출하는 회전수 검출 수단과, 해당 회전수 검출 수단에 의해서 검출된 회전수에 근거하여 모터의 회전수가 소정의 회전수보다 적은지 여부를 판정하여, 모터의 회전수가 소정의 회전수보다 적다고 판정한 경우에는 상기 PWM 듀티비 제어 신호 생성 수단에 의해서 생성된 PWM 듀티비 제어 신호의 고정 듀티비에 근거하여 모터의 충전 동작과 모터의 방전 동작의 시간 비율을 결정하여, 이 시간 비율로 모터의 충전 동작과 방전 동작을 교대로 행할 것을 지시하는 구동 제어 명령을 생성하는 PWM 제어 수단과, 해당 PWM 제어 수단에 의해서 생성된 구동 제어 명령에 근거하여, 모터가 상기 시간 비율로 충전 동작과 방전 동작을 교대로 행하도록 모터를 구동시키는 구동 수단을 구비한 PWM형 모터 구동 장치가 제공된다.

본 발명에 따르면, 가청 주파수 대역보다 높은 주파수로 설정된 펄스가 고정 듀티비로 설정되는 PWM 듀티비 제어 신호를 생성하는 PWM 듀티비 제어 신호 생성 수단과, 모터의 통전 상 전환(current-carrying phase change)을 검출하는 통전 상 전환 검출 수단과, 해당 통전 상 전환 검출 수단에 의해서 검출된 통전 상 전환 수가 소정의 수에 도달했는지 여부를 판정하여, 통전 상 전환 수가 소정의 수에 도달하지 못했다고 판정한 경우에는 상기 PWM 듀티비 제어 신호 생성 수단에 의해서 생성된 PWM 듀티비 제어 신호의 고정 듀티비에 근거하여 모터의 충전 동작과 모터의 방전 동작의 시간 비율을 결정하고, 이 시간 비율로 모터의 충전 동작과 방전 동작을 교대로 행할 것을 지시하는 구동 제어 명령을 생성하는 PWM 제어 수단과, 해당 PWM 제어 수단에 의해서 생성된 구동 제어 명령에 근거하여, 모터가 상기 시간 비율로 충전 동작과 방전 동작을 교대로 행하도록 모터를 구동시키는 구동 수단을 구비한 PWM형 모터 구동 장치가 제공된다.

본 발명에 따르면, 가청 주파수 대역보다 높은 주파수로 설정된 펄스가 고정 듀티비로 설정되는 PWM 듀티비 제어 신호를 생성하는 PWM 듀티비 제어 신호 생성수단과, 모터의 구동 개시로부터의 경과 시간이 소정의 시간에 도달하지 않는 경우에는 상기 PWM 듀티비 제어 신호 생성 수단에 의해서 생성된 PWM 듀티비 제어 신호의 고정 듀티비에 근거하여 모터의 충전 동작과 모터의 방전 동작의 시간 비율을 결정하고, 이 시간 비율로 모터의 충전 동작과 방전 동작을 교대로 행할 것을 지시하는 구동 제어 명령을 생성하는 PWM 제어 수단과, 해당 PWM 제어 수단에 의해서 생성된 구동 제어 명령에 근거하여, 모터가 상기 시간 비율로 충전 동작과 방전 동작을 교대로 행하도록 모터를 구동시키는 구동 수단을 구비한 PWM형 모터 구동 장치가 제공된다.

본 발명의 상기 및 그 밖의 목적, 특징, 국면 및 이익 등은 첨부 도면을 참조로 하여 설명하는 이하의 상세한 실시예로부터 더욱 명백해질 것이다.

(실시예 1)

이하, 본 발명에 대해 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 PWM형 모터 구동 장치의 구성을 나타내는 블럭도이다. 도면에 있어서, (12u)는 U상의 단말에 접속되는 "U상" 부하 코일, (12v)는 V상의 단말에 접속되는 "V상" 부하 코일, (12w)는 W상의 단말에 접속되는 "W상" 부하 코일, (11)은 Pulse Width Modulation(이하, PWM이라 기재함)에 의해서 구동되는 3상 모터(모터)이다.

(1)은 가청 주파수 대역의 최대인 20㎑보다 높은 주파수로 설정된 고정 펄스 폭의 펄스가 고정 33%의 고정 듀티비로 설정되는 PWM 듀티비 제어 신호를 생성하는PWM 듀티비 제어 수단이다. PWM 듀티비 제어 신호의 고정 듀티비는 3상 모터의 구동 운전의 개시 시에 PWM 듀티비 제어 신호 각각의 상승 에지에 응답하여 구동 전류의 전류 경로가 변화되었을 때, 구동 전류가 전류 제한값에 도달하지 않도록 결정된다.

(5)는 고정 펄스 폭의 펄스가 PWM 듀티비 제어 신호의 주파수보다 높은 주파수로 설정되고 PWM 듀티비 제어 신호의 고정 듀티비보다도 높은 듀티비로 설정되며 PWM 회전 제어 신호를 생성하는 PWM 회전 제어 신호 생성 수단(PWM 신호 생성 수단)이다. PWM 회전 제어 신호의 주파수 및 듀티비는 3상 모터의 정상 회전 운전 시에 PWM 회전 제어 신호 각각의 상승 에지에 응답하여 구동 전류의 전류 경로가 변화되었을 때, 3상 모터(11)를 가장 효율적으로 회전 구동시키도록 설정된다.

(4)는 3상 모터(11)의 단말 U, V, W에서의 전류값에 따라서 3상 모터(11)에서 실시되는 통전 상 전환을 검출하고, 통전 상 전환을 검출할 때마다 통전 상 전환 신호의 펄스를 생성하는 통전 상 전환 검출 수단이다. (3)은 통전 상 전환 검출 수단(4)으로부터 전송되는 통전 상 전환 신호의 펄스에 따라서 3상 모터(11)의 회전수를 검출하고, 3상 모터(11)의 회전수를 나타내는 회전수 신호를 생성하는 회전수 검출 수단이다.

(2)는 회전수 검출 수단(3)으로부터 전송된 회전수 신호에 따라서 3상 모터(11)의 구동 운전이 막 개시되었는지 정상 회전 동작에 가까이 가있는지를 판정하여, 3상 모터(11)의 구동 운전이 막 개시된 경우에는 PWM 듀티비 제어 신호 생성 수단(1)의 PWM 듀티비 제어 신호의 고정 듀티비에 근거하여 모터의 충전 동작과모터의 방전 동작의 시간 비율을 결정하고, 3상 모터(11)의 구동 운전이 정상 회전 동작에 가까이 가있는 경우에는 PWM 회전 제어 신호 생성 수단(5)의 PWM 회전 제어 신호의 듀티비에 근거하여 모터의 충전 동작과 모터의 방전 동작의 시간 비율을 결정하며, 이 결정된 시간 비율로 모터의 충전 동작과 방전 동작을 교대로 행할 것을 지시하는 구동 제어 명령을 생성하는 PWM 제어 수단이다.

(6)은 구동 제어 명령에 근거하여 그 결정된 시간 비율로 모터 기동 시에 충전 동작과 방전 동작을 교대로 행하면서 모터를 구동시키는 구동 수단이다. 예컨대, 구동 수단(6)은 PWM 듀티비 제어 신호 또는 PWM 회전 제어 신호의 펄스의 상승 에지에 응답하여 통전 상 전환을 실시하고, PWM 듀티비 제어 신호 또는 PWM 회전 제어 신호의 펄스의 상승 에지에 응답하여 충전 동작을 실시하며, PWM 듀티비 제어 신호 또는 PWM 회전 제어 신호의 펄스의 하강 에지에 응답하여 방전 동작을 실시하도록 3상 모터(11)를 제어한다.

(7)은 3상 모터(11)를 구동하는 전원이다. (8)은 구동 수단(6)의 제어 신호에 따라서 전원(7)으로부터의 전력으로부터 "U상" 부하 코일(12u)을 흐르는 전류를 생성하는 출력 버퍼이다. (9)는 구동 수단(6)의 제어 신호에 따라서 전원(7)으로부터의 전력으로부터 "V상" 부하 코일(12v)을 흐르는 전류를 생성하는 출력 버퍼이다. (10)은 구동 수단(6)의 제어 신호에 따라서 전원(7)으로부터의 전력으로부터 "W상" 부하 코일(12w)을 흐르는 전류를 생성하는 출력 버퍼이다.

도 2는 실시예 1에 따른 PWM형 모터 구동 장치의 동작을 나타내는 설명도이다. 이 도면은, PWM 듀티비 제어 신호 생성 수단(1)으로부터 기간 T11 동안 PWM제어 수단(2)으로 입력되는 PWM 듀티비 제어 신호와, PWM 회전 제어 신호 생성 수단(5)으로부터 기간 T12 동안 PWM 제어 수단(2)으로 입력되는 PWM 회전 제어 신호와, 예컨대 3상 모터(11) 내부의 부하 코일을 거쳐서 U상 부하 코일(12u)과 V상 부하 코일(12v) 사이에 흐르는 전류를 나타낸 타임차트이다.

다음에, 실시예 1에 따른 PWM형 모터 구동 장치의 동작에 대해 설명한다.

PWM 듀티비 제어 신호 생성 수단(1)은, 도 2에 나타내는 바와 같이, 예컨대 펄스 폭, 즉 PWM의 모터 구동 전류를 통전하는 「ON」 시간 T6, PWM의 모터 구동 회생 동작을 행하는 「OFF」 시간 T5로 이루어지는 PWM 듀티비 제어 신호를 생성하는 회로이다. PWM 듀티비 제어 신호는 시간 T5와 시간 T6의 합으로 표현되는 펄스의 1 주기 T4가 50μsec보다 빠르고, 즉 20㎑보다 높은 주파수로 주기 변화를 반복하는 신호이며, 「ON」을 나타내는 시간 T6과 「OFF」를 나타내는 시간 T5의 듀티비는, 예컨대 시간 T6이 33%, 시간 T5가 67%를 이루고 있는 것이다. PWM 듀티비 제어 신호 생성 수단(1)은, 전류를 통전시키는 시간 T6의 펄스 폭을 갖고 또한 가청 주파수 대역의 20㎑를 초과한 PWM 듀티비 제어 신호를 PWM 제어 수단(2)으로 공급한다.

PWM 회전 제어 신호 생성 수단(5)은, PWM의 모터 구동 회생 동작을 행하는 「OFF」 시간 T7과 펄스 폭, 즉 PWM의 모터 구동 전류를 통전하는 「ON」 시간 T8로 이루어지는 PWM 회전 제어 신호를 생성한다. PWM 회전 제어 신호의 듀티비 및 주파수는 PWM 듀티비 제어 신호의 그것들보다도 높게 되도록 시간 T7과 시간 T8로 이루어지는 펄스 주기 T10이 결정된다. 예컨대, 3상 모터(11)가 소정의 회전수보다도 높은 경우에 효율적으로 회전수 증가하여 상용 회전수로 구동할 수 있도록 PWM 회전 제어 신호의 듀티비 및 주파수가 결정된다. PWM 회전 제어 신호는 PWM 회전 제어 신호 생성 수단(5)에 의해서 PWM 제어 수단(2)으로 공급된다.

또한, 회전수 검출 수단(3)은, 통전 상 전환 검출 수단(4)에 의해서 검출된 3상 모터(11)의 통전 상 전환을 기초로 3상 모터(11)의 회전수를 검출하고, PWM 제어 수단(2)은 검출된 3상 모터(11)의 회전수를 나타내는 회전수 신호를 회전수 검출 수단(3)으로부터 입력한다.

PWM 제어 수단(2)은 회전수 신호에 근거하여 PWM 듀티비 제어 신호 또는 PWM 회전 제어 신호로부터 구동 제어 명령을 생성하여 구동 수단(6)을 제어한다. 구동 수단(6)은 출력 버퍼(8, 9, 10)를 거쳐서 전원(7)으로부터 공급되는 구동 전류를 3상 모터(11)로 공급하여 회전수에 적합한 구동 제어를 행한다.

상세하게는, PWM 제어 수단(2)은 회전수 검출 수단(3)에 의해서 검출된 3상 모터(11)의 회전수에 근거하여 3상 모터(11)의 구동 운전이 막 개시되었는지 정상 회전 동작에 가까이 가있는지를 판정한다. 3상 모터(11)의 회전수가 소정의 회전수보다도 적은 경우에는, 3상 모터(11)의 구동 운전이 막 개시되어 극심하게 회전수가 증가하는 기간이라고 PWM 제어 수단(2)은 판정하고, PWM 듀티비 제어 신호 생성 수단(1)의 PWM 듀티비 제어 신호의 고정 듀티비에 근거하여 모터의 충전 동작과 모터의 방전 동작의 시간 비율을 결정하고, 이 결정된 시간 비율로 모터의 충전 동작과 방전 동작을 교대로 행할 것을 지시하는 구동 제어 명령을 생성하여, 구동 제어 명령을 구동 수단(6)으로 전송한다.

다음으로, 구동 수단(6)은, 도 2에 나타내는 기간 T11 동안, 구동 제어 명령에 근거하여 3상 모터(11)의 구동 운전을 제어한다. 즉, 구동 수단(6)은 PWM 듀티비 제어 신호의 펄스의 상승 에지에 응답하여 3개의 부하 코일 중에서 2개의 부하 코일(예컨대 U상 부하 코일(12u) 및 V상 부하 코일(12v))을 선택하고, 「ON」 시간 T6 동안만 출력 버퍼(8) 등을 거쳐서 전원(7)으로부터의 구동 전류를 3상 모터(11)의 U상 부하 코일(12u) 및 V상 부하 코일(12v)로 통전하여 충전 동작을 행한다. 다음에, 「OFF」 시간 T5 동안만 PWM 듀티비 제어 신호의 펄스의 상승 에지에 응답하여 회생 동작(또는 방전 동작)을 행하여, U상 부하 코일(12u) 및 V상 부하 코일(12v)에 남은 전하를 회생 전류로서 전원(7)으로 되돌린다. 여기서, 구동 수단(6)은 자신이 구비한 도시하지 않은 트랜지스터 회생 회로 혹은 다이오드 회생 회로 등에 의해서 시간 T5 동안에 3상 모터(11)의 당해 상의 부하 코일로부터 전류의 회생 동작을 실행한다.

그렇게 함으로써, 충전 동작 및 회생 동작의 기간이 PWM 듀티비 제어 신호의 펄스의 상승 에지 및 하강 에지에 맞추어 고정되기 때문에, 3상 모터(11)를 흐르는 출력 전류(구동 전류 및 회생 전류의 총칭)의 변동 주기는 가청 주파수 대역의 최대 주파수 20㎑를 초과한 PWM 듀티비 제어 신호의 주파수와 일치하므로, 3상 모터(11)가 회전수 증가할 때에 발생하는 가청 주파수 대역의 잡음을 억제한다.

여기서, PWM 듀티비 제어 신호 생성 수단(1)은 3상 모터(11)를 구성하는 코일의 인덕터 성분이나 저항 성분을 고려하여 구동 수단(6)이 예컨대 출력 버퍼(8)를 거쳐서 전원(7)으로부터 구동 전류를 3상 모터(11)에 통전시킨 경우에, 당해 통전시킨 전류값이 3상 모터(11)의 전류 제한값까지 도달할 수 없도록, 도 2에 나타낸 시간 T6은 짧은 시간으로 설정된다. 그렇게 함으로써, 출력 전류값의 변동 폭은 작아진다. 다음으로, 3상 모터의 회전수가 소정의 소정수까지 상승하면, PWM 제어 수단(2)은 3상 모터(11)의 구동 운전이 정상 회전 동작에 가까이 가있다고 판정하여, PWM 듀티비 제어 수단(1)의 PWM 회전 제어 신호의 듀티비에 근거하여 모터의 충전 동작과 모터의 방전 동작의 시간 비율을 결정하고, 이 결정된 시간 비율로 데이터 충전 동작과 방전 동작을 교대로 행할 것을 지시하는 구동 제어 명령을 생성하여, 구동 제어 명령을 구동 수단(6)으로 전송한다.

다음으로, 구동 수단(6)은, 도 2에 나타내는 기간 T12 동안, 구동 제어 신호에 근거하여 3상 모터(11)의 구동 운전을 제어한다. 즉, 구동 수단(6)은 PWM 회전 제어 신호의 펄스의 상승 에지에 응답하여 3개의 부하 코일 중에서 2개의 부하 코일(예컨대 U상 부하 코일(12u) 및 V상 부하 코일(12v))을 선택하고, PWM 회전 제어 신호의 펄스의 상승 에지에 응답하여, 「ON」 시간 T8 동안만 출력 버퍼(8) 등을 거쳐서 전원(7)으로부터의 구동 전류를 3상 모터(11)의 U상 부하 코일(12u) 및 V상 부하 코일(12v)로 통전하여 충전 동작을 행한다. 다음으로, PWM 회전 제어 신호의 펄스의 하강 에지에 응답하여 「OFF」 시간 T7 동안만 회생 동작을 행하여, U상 부하 코일(12u) 및 V상 부하 코일(12v)에 남은 전하를 회생 전류로서 전원(7)으로 되돌린다.

그렇게 함으로써, PWM 회전 제어 신호의 듀티비 및 주파수는 PWM 듀티비 제어 신호의 그것들보다도 높기 때문에, 3상 모터(11)의 회전수가 더 효율적으로 증가한다.

PWM 제어 수단(2)이 PWM 듀티비 제어 신호로부터 PWM 회전 제어 신호로 전환하여 구동 수단(6)을 제어하는 타이밍은, 예컨대 도 2에 나타낸 타이밍차트에서는, 3상 모터(11)가 회전수 증가 도중의 시각 T9에서 3상 모터(11)의 제어를 전환하고 있다. 이것은 듀티비 33%의 펄스에 근거하여 3상 모터(11)에 통전하는 회전수 증가 제어를 계속하면, 일정한 회전수로 안정되어 버려, 소망하는 회전수(정상 회전수)까지 도달하지 않게 된다. 그래서, PWM 제어 수단(2)은 회전수 검출 수단(3)에 의해서 3상 모터(11)의 회전수를 감시하고, 듀티비 33%의 펄스에 근거하여 제어의 상한인 회전수에 도달하기 전에, 적절히 구동 수단(6)의 제어에 이용하는 신호를 PWM 듀티비 제어 신호로부터 PWM 회전 제어 신호로 전환하고, 3상 모터(11)를 더욱 회전수 증가시켜, 도 2의 기간 T12 동안에서 당해 3상 모터(11)의 회전수를 상용 회전수까지 증가시킨다.

또, 실시예 1에 따른 PWM형 모터 구동 장치의 동작에 대해, 3상 모터(11)의 각 상으로의 통전 시간 T6과 회생 시간 T5의 PWM 듀티비를 33% 통전·67% 회생으로서 설명했지만, 이 PWM 듀티비는 일례에 불과하며, 전술한 바와 같이 구동 대상인 모터를 구성하는 코일의 각 정수나 회전수 등에 적합하도록 PWM 듀티비를 설정한다. 또, 모터 통전 시간을 나타내는 펄스의 퍼센티지는 모터에 흐르는 전류가 전류 제한값에 도달하지 않도록 작게 설정한다.

또, 모터에 따라서는 상용 혹은 최고 회전수가 매우 낮은 것이 있고, 그러한 경우에는, 통전 전환 검출 수단(4)에서 출력 버퍼(8, 9, 10)로부터 각각 출력되는구동 전류를 검출하여 3상의 상 전환 회수를 카운트하고, 몇 회인지 카운트한 시점에서 PWM 제어 수단(2)이 PWM 듀티비 제어 신호와 PWM 회전 제어 신호를 전환하여 제어하도록 하여도 된다. 또한, 제어 대상인 모터의 특성을 고려하여, PWM 제어 수단(2)이 모터 기동으로부터 소정의 시간이 경과한 후, 예컨대 몇 초 후에 PWM 듀티비 제어 신호와 PWM 회전 제어 신호를 전환하도록 제어하여도 된다.

또, 이 실시예 1에서는, PWM 듀티비 제어 신호 또는 PWM 회전 제어 신호의 상승 에지에 따라서 충전 동작이 행해지고, PWM 듀티비 제어 신호 또는 PWM 회전 제어 신호의 하강 에지에 따라서 방전 동작이 행해진다. 그러나, PWM 듀티비 제어 신호 또는 PWM 회전 제어 신호의 하강 에지에 따라서 충전 동작이 행해지고, PWM 듀티비 제어 신호 또는 PWM 회전 제어 신호의 상승 에지에 따라서 방전 동작이 행해져도 된다. 즉, 교대로 실시되는 충전 동작 및 방전 동작의 시간비는 PWM 듀티비 제어 신호 또는 PWM 회전 제어 신호의 듀티비에 따라 결정된다.

또, PWM 회전 제어 신호 생성 수단(5)은 PWM 제어 수단(2) 내에 포함하여 구성하여도 된다.

이상과 같이, 실시예 1에 따르면, PWM 듀티비 제어 신호의 펄스 주파수를 가청 주파수 대역보다 높게 하여, 3상 모터(11)의 구동 운전이 막 개시된 경우, PWM 듀티비 제어 신호의 펄스의 상승에 응답하여 충전 동작을 강제적으로 행하고, PWM 듀티비 제어 신호의 펄스의 하강에 응답하여 회생 동작을 강제적으로 행하므로, 3상 모터에 흐르는 출력 전류에 리플 주기 배수화 현상이 발생하는 일없이, 3상 모터(13)를 흐르는 출력 전류의 젼동 주기는 가청 주파수 대역의 최대 주파수 20㎑를초과하여, 3상 모터(11)가 회전수 증가할 때에 발생하는 가청 주파수 대역의 잡음을 억제할 수 있다.

또한 PWM 듀티비 제어 신호의 듀티비를 제어하여 모터에 흐르는 전류가 전류 제한값에 도달하는 것을 저감시켰기 때문에, 3상 모터(11)를 흐르는 출력 전류값의 변동이 작아져, 3상 모터(11)의 구동에 의해서 발생하는 진동이 방지되어, 잡음의 발생이 더욱 저감된다는 효과가 있다.

또한, 3상 모터의 회전수가 소정의 회전수까지 상승하면, 3상 모터(11)의 구동 운전이 정상 회전 동작에 가까이 가있다고 판정하여, PWM 듀티비 제어 신호의 듀티비 및 주파수보다도 높은 PWM 회전 제어 신호에 근거하여 3상 모터(11)의 구동 운전을 제어하므로, 3상 모터의 회전수는 확실히 증가하여, 3상 모터(11)의 회전수를 효율적으로 증가시킬 수 있다.

또한, 실시예 1에 따르면, 모터의 기동으로부터 소정의 시간이 경과한 후, 예컨대 몇 초 후에 PWM 듀티비 제어 신호와 PWM 회전 제어 신호를 전환하여 제어하도록 했으므로, 모터가 기동할 때 가청 주파수 대역의 잡음이 억제된다는 효과가 있다.

또한, 실시예 1에 따르면, 모터를 기동시키는 경우에 모터에 흐르는 전류 제한값을 설정하고, 전류 쵸퍼형 PWM 구동으로 전류 제어를 하고 있던 경우, 혹은 모터에 흐르는 전류 제한값을 검출하여 일정 시간 전류를 트랜지스터 또는 다이오드 회생시켜, 그 후 또한 통전한다는 동작을 반복하는 제어를 하고 있던 경우에 비하여, PWM 듀티비 제어 신호의 듀티비를 적절히 설정하는 것에 의해, 정지 혹은 저속으로부터 회전수 증가할 때, 3상 모터(11)에 흐르는 구동 전류가 전류 제한값으로 도달하는 것을 방지하여, 구동 전류의 리플 주파수가 가청 주파수 대역으로 들어가는 것을 방지할 수 있다고 하는 효과가 있다.

이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것이 아니고, 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.

본 발명에 의하면, 가청 주파수 대역보다 높은 주파수로 설정된 펄스가 고정의 듀티비로 설정되는 PWM 듀티비 제어 신호를 생성하는 PWM 듀티비 제어 신호 생성 수단과, 모터의 회전수를 검출하는 회전수 검출 수단과, 해당 회전수 검출 수단에 의해서 검출된 회전수에 근거하여 모터의 회전수가 소정의 회전수보다 적은지 여부를 판정하여, 모터의 회전수가 소정의 회전수보다 적다고 판정한 경우에는 상기 PWM 듀티비 제어 신호 생성 수단에 의해서 생성된 PWM 듀티비 제어 신호의 고정 듀티비에 근거하여 모터의 충전 동작과 모터의 방전 동작의 시간 비율을 결정하고, 이 시간 비율로 모터의 충전 동작과 방전 동작을 교대로 행할 것을 지시하는 구동 제어 명령을 생성하는 PWM 제어 수단과, 해당 PWM 제어 수단에 의해서 생성된 구동 제어 명령에 근거하여, 모터가 상기 시간 비율로 충전 동작과 방전 동작을 교대로 행하도록 모터를 구동시키는 구동 수단을 구비했으므로, 모터의 회전수가 증가할 때에 발생하는 가청 주파수 대역의 잡음을 억제할 수 있다는 효과가 있다.

본 발명의 의하면, 가청 주파수 대역보다 높은 주파수로 설정된 펄스가 고정의 듀티비로 설정되는 PWM 듀티비 제어 신호를 생성하는 PWM 듀티비 제어 신호 생성 수단과, 모터의 통전 상 전환을 검출하는 통전 상 전환 검출 수단과, 해당 통전 상 전환 검출 수단에 의해서 검출된 통전 상 전환 수가 소정의 수에 도달했는지 여부를 판정하고, 통전 상 전환 수가 소정의 수에 도달하지 않았다고 판정한 경우에는 상기 PWM 듀티비 제어 신호 생성 수단에 의해서 생성된 PWM 듀티비 제어 신호의 고정 듀티비에 근거하여 모터의 충전 동작과 모터의 방전 동작의 시간 비율을 결정하고, 이 시간 비율로 모터의 충전 동작과 방전 동작을 교대로 행할 것을 지시하는 구동 제어 명령을 생성하는 PWM 제어 수단과, 해당 PWM 제어 수단에 의해서 생성된 구동 제어 명령에 근거하여, 모터가 상기 시간 비율로 충전 동작과 방전 동작을 교대로 행하도록 모터를 구동시키는 구동 수단을 구비하므로, 모터의 회전수가 증가할 때에 발생하는 가청 주파수 대역의 잡음을 억제할 수 있다고 하는 효과가 있다.

본 발명에 의하면, 가청 주파수 대역보다 높은 주파수로 설정된 펄스가 고정의 듀티비로 설정되는 PWM 듀티비 제어 신호를 생성하는 PWM 듀티비 제어 신호 생성 수단과, 모터의 구동 개시로부터의 경과 시간이 소정의 시간에 도달하지 않은 경우에는 상기 PWM 듀티비 제어 신호 생성 수단에 의해서 생성된 PWM 듀티비 제어 신호의 고정 듀티비에 근거하여 모터의 충전 동작과 모터의 방전 동작의 시간 비율을 결정하며, 이 시간 비율로 모터의 충전 동작과 방전 동작을 교대로 행할 것을 지시하는 구동 제어 명령을 생성하는 PWM 제어 수단과, 해당 PWM 제어 수단에 의해서 생성된 구동 제어 명령에 근거하여 모터가 상기 시간 비율로 충전 동작과 방전동작을 교대로 행하도록 모터를 구동시키는 구동 수단을 구비하므로, 모터의 회전수가 증가할 때에 발생하는 가청 주파수 대역의 잡음을 억제할 수 있다는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 가청 주파수 대역보다 높은 주파수로 설정된 펄스가 고정 듀티비로 설정되는 PWM 듀티비 제어 신호를 생성하는 PWM 듀티비 제어 신호 생성 수단과,

   모터의 회전수를 검출하는 회전수 검출 수단과,

   해당 회전수 검출 수단에 의해서 검출된 회전수에 근거하여 모터의 회전수가 소정의 회전수보다 적은지 여부를 판정하여, 모터의 회전수가 소정의 회전수보다 적다고 판정한 경우에는 상기 PWM 듀티비 제어 신호 생성 수단에 의해서 생성된 PWM 듀티비 제어 신호의 고정 듀티비에 근거하여 모터의 충전 동작과 모터의 방전 동작의 시간 비율을 결정하고, 이 시간 비율로 모터의 충전 동작과 방전 동작을 교대로 행할 것을 지시하는 구동 제어 명령을 생성하는 PWM 제어 수단과,

   해당 PWM 제어 수단에 의해서 생성된 구동 제어 명령에 근거하여, 모터가 상기 시간 비율로 충전 동작과 방전 동작을 교대로 행하도록 모터를 구동시키는 구동 수단

   을 구비한 PWM형 모터 구동 장치.
2. 가청 주파수 대역보다 높은 주파수로 설정된 펄스가 고정의 듀티비로 설정되는 PWM 듀티비 제어 신호를 생성하는 PWM 듀티비 제어 신호 생성 수단과,

   모터의 통전 상(current-carrying phase) 전환을 검출하는 통전 상 전환 검출 수단과,

   해당 통전 상 전환 검출 수단에 의해서 검출된 통전 상 전환 수가 소정의 수에 도달했는지 여부를 판정하여, 통전 상 전환 수가 소정의 수에 도달하지 않았다고 판정한 경우에는 상기 PWM 듀티비 제어 신호 생성 수단에 의해서 생성된 PWM 듀티비 제어 신호의 고정 듀티비에 근거하여 모터의 충전 동작과 모터의 방전 동작의 시간 비율을 결정해서, 이 시간 비율로 모터의 충전 동작과 방전 동작을 교대로 행할 것을 지시하는 구동 제어 명령을 생성하는 PWM 제어 수단과,

   해당 PWM 제어 수단에 의해서 생성된 구동 제어 명령에 근거하여, 모터가 상기 시간 비율로 충전 동작과 방전 동작을 교대로 행하도록 모터를 구동시키는 구동 수단

   을 구비한 PWM형 모터 구동 장치.
3. 가청 주파수 대역보다 높은 주파수로 설정된 펄스가 고정 듀티비로 설정되는 PWM 듀티비 제어 신호를 생성하는 PWM 듀티비 제어 신호 생성 수단과,

   모터의 구동 개시로부터의 경과 시간이 소정의 시간에 도달하지 않은 경우에는 상기 PWM 듀티비 제어 신호 생성 수단에 의해서 생성된 PWM 듀티비 제어 신호의 고정 듀티비에 근거하여 모터의 충전 동작과 모터의 방전 동작의 시간 비율을 결정해서, 이 시간 비율로 모터의 충전 동작과 방전 동작을 교대로 행할 것을 지시하는 구동 제어 명령을 생성하는 PWM 제어 수단과,

   해당 PWM 제어 수단에 의해서 생성된 구동 제어 명령에 근거하여, 모터가 상기 시간 비율로 충전 동작과 방전 동작을 교대로 행하도록 모터를 구동시키는 구동 수단

   을 구비한 PWM형 모터 구동 장치.