KR20070073876A

KR20070073876A - 모터 구동장치

Info

Publication number: KR20070073876A
Application number: KR1020077010157A
Authority: KR
Inventors: 나리후미 도지마; 다카시 마지마; 미츠나오 사카모토; 데츠야 후쿠모토
Original assignee: 이시카와지마-하리마 주고교 가부시키가이샤
Priority date: 2004-10-20
Filing date: 2005-10-19
Publication date: 2007-07-10
Also published as: KR100981936B1; US20080089675A1; JP2006121798A; EP1806835A4; KR20090075757A; CN101080867A; US7567046B2; EP1806835A1; CN101080867B; EP1806835B1; WO2006043584A1

Abstract

본 발명은, 유기전압에 중첩되는 잡음에 방해받지 않고 회전자의 회전위치를 정확하고 확실하게 검출하는 것을 목적으로 한다. 그리고, 본 발명에서는, 이 목적을 달성하기 위해, DC 브러시리스 모터의 각 상에 대응하는 고정자 권선에 소정의 구동신호를 각각 공급함으로써 회전자를 회전구동하는 모터 구동장치에 있어서, 직류전력을 펄스형상 제어신호에 기초하여 스위칭 소자에서 스위칭함으로써 상기 구동신호를 생성하는 구동신호 생성수단과, 상기 펄스형상 제어신호를 간헐적으로 생성하여 상기 구동신호 생성수단을 제어하는 것으로서, 상기 펄스형상 제어신호의 생성을 중지한 기간에서 고정자 권선으로부터 취득한 신호에 기초하여 회전자의 회전상태를 검출함으로써 상기 펄스형상 제어신호를 생성하는 제어신호 생성수단을 구비한다는 해결수단을 채용한다.

Description

모터 구동장치{Motor driving apparatus}

본 발명은 모터 구동장치에 관한 것이다.

잘 알려진 바와 같이, DC 브러시리스 모터의 구동방식으로서는 120˚통전방식과 PWM(Pulse Width Modulation)정현파 통전방식이 있는데, 120˚통전방식에서의 DC 브러시리스 모터의 회전위치를 위치센서(로터리 인코더, 레졸바 혹은 홀 소자 등)를 사용하지 않고 검출하는 방법으로서, 비통전구간(기간)의 유기전압을 이용하는 것이 있다.

예를 들면 일본특허공개 평9-266690호 공보에는, 120˚통전방식에서의 센서리스 DC 브러시리스 모터의 구동장치가 개시되어 있다. 이 구동장치는, 비통전구간(기간)에 발생하는 유기전압의 제로 크로스점을 검출함으로써 DC 브러시리스 모터의 회전자의 회전위치를 검출하여 센서리스 DC 브러시리스 모터를 안정하게 구동하는 것이다.

또한, 일본특허공개 2002-218787호 공보에는, DC 브러시리스 모터를 120˚통전방식으로 구동하는 경우에 있어서, DC 브러시리스 모터에 통전하는 구동전류의 위상을 제어함으로써, 모터 권선에 축적된 자기 에너지가 방출되어 생기는 스파이크 전압에 따라 비통전구간(기간)이 짧아지는 것을 억제하고, 이에 의해 비통전구 간에 발생하는 역기전압과 기준전압의 교점, 즉 로터의 회전위치를 보다 안정하게 검출하는 것이 기재되어 있다.

그런데, 비통전구간의 유기전압을 이용하여 회전위치를 검출하는 상기 종래기술은, 예를 들면 수 1,000rpm정도의 회전수 영역에서는 유효하지만, 수 1O,000rpm을 넘는 고회전수 영역에서는 유기전압에 잡음이 중첩되는 것과, 제어회로가 마이컴 등의 디지털 회로의 경우, 입력신호의 샘플수가 적어지고 불안정하게 되기 때문에 유효하지 않다. 즉, DC 브러시리스 모터의 구동에 있어서는, 회전수가 높아질수록 회전주기가 짧아지므로 회전자의 회전위치를 보다 정확하게 검출할 필요가 생기는데, 회전수가 높아짐에 따라 비통전구간이 짧아짐과 동시에, 이 짧은 비통전구간의 유기전압에 구동회로에 입력되는 펄스형상 제어신호에 기인하는 신호성분(고주파 성분)이 잡음으로서 중첩되기 때문에, 유기전압을 정확하고 확실하게 취득할 수 없다.

또한, 상기 잡음을 필터(예를 들면, 로우 패스 필터)를 이용하여 제거함으로써 유기전압을 취득하는 것이 고려될 수 있지만, 필터를 이용함으로써 유기전압의 위상이 본래의 위상에서 변화하여 버리므로, 회전자의 회전위치의 검출에 오차가 생기고, 따라서 회전위치를 정확하게 검출할 수 없다는 문제가 생긴다. 또한, 이 오차는, 수 10,000rpm을 넘는 고회전수 영역에 있어서 회전수를 대폭적으로 변화시키도록 DC 브러시리스 모터를 구동하는 경우에는, 매우 심각한 문제점이다. 또, 회전수 범위가 넓은 경우에는, 상기 필터의 설계가 곤란한 문제도 있다.

또, 회전수가 높아짐에 따라 통전구간도 짧아지므로, 일본특허공개 2002- 218787호 공보에 개시된 기술과 같이 구동전류의 위상을 제어하여 비통전구간을 장시간화하는 것은, 수 1O,000rpm을 넘는 회전수 영역에서는 유효하지 않다.

본 발명은 상술한 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 유기전압에 중첩되는 잡음에 방해받지 않고 회전자의 회전위치를 정확하고 확실하게 검출하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에서는, DC 브러시리스 모터의 각 상에 대응하는 고정자 권선에 소정의 구동신호를 각각 공급함으로써 회전자를 회전구동하는 모터 구동장치에 있어서, 직류전력을 펄스형상 제어신호에 기초하여 스위칭 소자에서 스위칭함으로써 상기 구동신호를 생성하는 구동신호 생성수단과, 상기 펄스형상 제어신호를 간헐적으로 생성하여 상기 구동신호 생성수단을 제어하는 것으로서, 상기 펄스형상 제어신호의 생성을, 각 상(相)이 모두 중지(휴지(休止))된 기간에서 고정자 권선으로부터 취득한 유기전압에 기초하여 회전자의 회전위치 및 회전속도를 검출함으로써 상기 펄스형상 제어신호를 생성하는 제어신호 생성수단을 구비한다는 해결수단을 채용한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 관한 모터 구동장치의 기능구성 및 구동대상인 DC 브러시리스 모터를 도시한 블록도이다.

도 2는 본 발명의 일실시예에서의 마이컴(7)의 제어동작을 도시한 제어 블록도이다.

도 3은 도 2에서의 위상 검출부의 상세처리를 도시한 제어 블록도이다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 관한 모터 구동장치의 동작 타이밍을 도시한 타이밍 차트이다.

<부호의 설명>

1 ... 인버터 회로 2 ... 직류전원

3 ... 직류전압 검출부 4 ... 교류전압 검출부

5, 6 ... 전류계 7 ... 마이컴

X ... 3상 DC 브러시리스 모터 Y ... 터빈

Z ... 컴프레서

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 대해서 설명한다.

도 1은, 본 실시예에 관한 모터 구동장치의 기능구성 및 구동대상인 DC 브러시리스 모터를 도시한 블록도이다. 이 도면에 있어서, 부호 1은 인버터 회로, 2는 직류전원, 3은 직류전압 검출부, 4는 교류전압 검출부, 5, 6은 전류계, 7은 마이컴, X는 3상 DC 브러시리스 모터, Y는 터빈, Z는 컴프레서이다.

이들 구성요소 중에서, 인버터 회로(1) 및 직류전원(2)은 본 실시예에서의 구동신호 생성수단을 구성하고, 또한 직류전압 검출부(3), 교류전압 검출부(4), 전류계(5, 6), 마이컴(7)은 본 실시예에서의 제어신호 생성수단을 구성하고 있다.

3상 DC 브러시리스 모터(X)는, 본 모터 구동장치의 구동대상으로, 3상의 각 상(U상, V상 및 W상)에 각각 대응하는 고정자 권선(U상 권선(Mu), V상 권선(Mv), W 상 권선(Mw))과 자계 영구자석으로 이루어진 회전자로 구성되어 있다. 터빈(Y)은, 이러한 3상 DC 브러시리스 모터(X)의 회전축을 공통의 회전축으로 하는 것으로, 외부에서 공급되는 가스에 의해 회전구동됨으로써 컴프레서(Z)를 운전한다.

즉, 본 모터 구동장치는, 터빈(Y)의 구동력에 의해 회전하는 3상 DC 브러시리스 모터(X)가 비교적 낮은 회전수 영역에 있는 상태에서는 3상 DC 브러시리스 모터(X)에의 통전을 차단하여 구동을 중지하고, 회전수가 수 1O,000rpm을 넘는 고회전수 영역이 되면, 3상 DC 브러시리스 모터(X)에의 통전을 개시함으로써 회전속도를 고속 가속시켜 회전수를 수 100,000rpm까지 상승시킨다. 또, 본 모터 구동장치는, PWM정현파 통전방식으로 3상 DC 브러시리스 모터(X)를 구동한다.

인버터 회로(1)는, 직렬접속된 한 쌍의 스위칭 회로를 3상 교류에 대응시켜 3조 설치한 것으로, 도시하는 바와 같이 직류전력을 3상 교류의 U상, V상 및 W상에 각각 대응하는 PWM(Pulse Width Modulation)신호(Au1, Au2, Av1, Av2, Aw1, Aw2)에 의해 스위칭함으로써 3상의 구동신호(Bu, Bv, Bw)를 생성하고, 당해 각 구동신호(Bu, Bv, Bw)를 각 상 출력단(U상 출력단, V상 출력단, W상 출력단)으로부터 각각 출력한다.

이 인버터 회로(1)의 각 상 출력단은, 3상 DC 브러시리스 모터(X)의 각 고정자 권선(U상 권선(Mu), V상 권선(Mv), W상 권선(Mw))에 각각 접속되어 있다. 직류전원(2)은, 이러한 인버터 회로(1)에 대해 직류전력을 공급한다. 또, 상기 스위칭 회로는, IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 등의 반도체 스위칭 소자와 당해 반도체 스위칭 소자에 역극성으로 병렬 접속된 환류 다이오드로 구성되어 있다.

직류전압 검출부(3)는, 기준점(n)과 인버터 회로(1)의 입력단의 사이에 직렬접속 상태로 삽입된 1쌍의 저항기로 이루어진 저항분압기로서, 기준점(n)에 대한 인버터 회로(1)의 입력 직류전압을 각 저항기에서 분압한 직류검출전압(Vdn)을 마이컴(5)에 출력한다. 교류전압 검출부(4)는, 기준점(n)과 인버터 회로(1)의 각 상 출력단(U상 출력단, V상 출력단, W상 출력단)의 사이에 직렬접속상태로 각각 삽입된 3쌍의 저항기로 이루어진 저항분압기로서, 기준점(n)에 대한 인버터 회로(1)의 각 상 출력단의 전압을 각 저항기에서 각각 분압한 교류검출전압(Vun, Vvn, Vwn)을 마이컴(7)에 출력한다. 또한, 전류계(5)는 U상 권선(Mu)에 흐르는 전류(U상 전류(iu))를 검출하여 마이컴(7)에 출력하고, 전류계(6)는 W상 권선(Mw)에 흐르는 전류(W상 전류(iw))를 검출하여 마이컴(7)에 출력한다.

마이컴(7)은, 외부에서 입력되는 속도지령(ω´), 상기 직류검출전압(Vdn) 및 교류검출전압(Vun, Vvn, Vwn)에 기초하여 PWM정현파 통전방식에 대응한 펄스형상 제어신호인 PWM신호(Au1, Au2, Av1, Av2, Aw1, Aw2)를 간헐적으로 생성하여 인버터 회로(1)에 공급한다.

즉, 마이컴(7)은 3상 DC 브러시리스 모터(X)의 회전에 동기한 생성 사이클에서 PWM신호(Au1, Au2, Av1, Av2, Aw1, Aw2)를 순차적으로 연속적으로 생성함으로써 인버터 회로(1)를 제어하는 한편, 3상 DC 브러시리스 모터(X)의 운전상태에 따라 1회전 혹은 2회전마다 소정의 기간(중지기간(T))만큼 PWM신호(Au1, Au2, Av1, Av2, Aw1, Aw2)의 생성처리를 중지한다. 또한, 마이컴(7)은, PWM신호(Au1, Au2, Av1, Av2, Aw1, Aw2)의 생성을 중단하는 상기 중지기간(T)에 취득한 교류검출전압(Vun, Vvn, Vwn)에 기초하여 3상 DC 브러시리스 모터(X)의 운전상태를 검출함으로써 PWM신호(Au1, Au2, Av1, Av2, Aw1, Aw2)를 생성한다. 또, 상기 중지기간(T)의 설정방법에 대해서는 상세를 후술한다.

여기서, 상기 중지기간(T)에서는 PWM신호(Au1, Au2, Av1, Av2, Aw1, Aw2)가 인버터 회로(1)에 공급되지 않으므로, 인버터 회로(1)의 각 상 출력단에는 구동신호(Bu, Bv, Bw)가 출력되지 않고(즉, 3상 DC 브러시리스 모터(X)는 비통전상태가 되고), 따라서 인버터 회로(1)의 각 상 출력단의 전압은, 3상 DC 브러시리스 모터(X)의 회전자에 의해 각 고정자 권선(U상 권선(Mu), V상 권선(Mv), W상 권선(Mw))에 유기되는 유도전압(Cu, Cv, Cw)이 된다.

즉, 중지기간(T)에 있어서 교류 검출부(4)로부터 출력되는 교류검출전압(Vun, Vvn, Vwn)은, 구동신호(Bu, Bv, Bw)에 기초하는 것은 아니고 유도전압(Cu, Cv, Cw)에 기초하는 것이 된다.

다음에, 이와 같이 구성된 본 모터 구동장치의 전체적인 동작에 대해서 도 2~도 4를 참조하여 설명한다.

도 2는, 마이컴(7)의 제어기능을 도시한 제어 블록도이다. 또, 이 제어기능은 마이컴(7)에 탑재된 제어 프로그램에 의해 실현되는 것이다. 이 도면에 나타내는 바와 같이, 마이컴(7)의 제어기능은, 위상 검출부(8), PWM(Pulse Width Modulation) 중지기간 생성부(9), 감산부(10, 13), PI게인 설정부(11, 15), 리미터(12, 16), 유기전류 연산부(14), 가산부(17), 제산부(18) 및 PWM(Pulse Width Modulation)신호 생성부(19)로 구성되어 있다. 마이컴(7)은, 이와 같이 구성된 제 어기능에 기초하여 인버터 회로(1)를 제어한다.

위상 검출부(8)는, 상기 교류 검출부(4)로부터 공급되는 교류검출전압(Vun, Vvn, Vwn)에 기초하여 3상 DC 브러시리스 모터(X)의 회전자의 각속도(ω_TS), 위상각 추정값(θ_TS) 및 유기전압(Vm)을 연산하는 것으로, 도 3에 나타내는 바와 같이, 교류전압 변환부(8a), 3상/2상 변환부(8b), 위상각 연산부(8c) 및 위상각 추정부(8d)로 기능 구성되어 있고, 위상각 추정부(8d)는 각속도 연산부(8d1) 및 추정 위상각 연산부(8d2)로 기능 구성되어 있다.

교류전압 변환부(8a)는, 상기 교류검출전압(Vun, Vvn, Vwn)을 수학식 1~ 수학식 4에 대입함으로써 U상 전압(υu) 및 W상 전압(υw)을 산출하여 3상/2상 변환부(8b)에 공급한다.

Vuv=Vun-Vvn

Vwv=Vwn-Vvn

υu=0.6666Vuv-0.3333Vvn

υw=0.6666Vwv-0.3333Vvn

3상/2상 변환부(8b)는, 상기 U상 전압(υu) 및 W상 전압(υw)을 수학식 5에 대입함으로써 고정자 상에 고정된 정지 직교 좌표계(α축과 β축으로 이루어진 직교 좌표계) 상의 전압인 α축 전압(υ_α)과 β축 전압(υ_β)을 산출하여 위상각 연산부(8c) 및 각속도 연산부(8d1)에 공급한다.

위상각 연산부(8c)에는 상기 중지기간(T)을 지시하는 중지신호(D)가 PWM중지기간 생성부(9)로부터 공급되어 있고, 위상각 연산부(8c)는, 이 중지신호(D) 및 상기 α축 전압(υ_α)과 β축 전압(υ_β)에 기초하여 중지기간(T)에서의 순간 위상각(θ_n)을 산출한다. 즉, 위상각 연산부(8c)는, 중지기간(T)에서만 α축 전압(υ_α)과 β축 전압(υ_β)을 하기 수학식 6에 대입함으로써 순간 위상각(θ_n)을 산출하여 추정 위상각 연산부(8d2)에 공급한다.

상술한 바와 같이, 중지기간(T)에서의 교류검출전압(Vun, Vvn, Vwn)은 유도전압(Cu, Cv, Cw)을 분압한 것이 되므로, 순간 위상각(θ_n)은, 유도전압(Cu, Cv, Cw)에 기초하여 회전자의 회전위치를 정확하게 나타낸다. 또, 이 순간 위상각(θ_n)은, α축 전압(υ_α)과 β축 전압(υ_β)에 기초하여 산출된 것이므로, 당연히 상기 정지 직교 좌표계상에서의 회전자의 회전각의 순시치를 나타내는 것이다.

각속도 연산부(8d1)에도 상기 중지신호(D)가 PWM중지기간 생성부(9)로부터 공급되어 있고, 각속도 연산부(8d1)는, 상기 α축 전압(υ_α)과 β축 전압(υ_β)을 수학식 7에 대입함으로써 중지기간(T)에서의 유기전압(Vm)을 산출하여 가산부(17)에 출력함과 동시에, 당해 중지기간(T)에서의 유기전압(Vm)을 수학식 8에 대입함으로써 중지기간(T)에서의 회전자의 각속도(ω_n)를 산출하여 추정 위상각 연산부(8d2) 및 가산부(10)에 공급한다. 또, 이 수학식 8에서의 상수(Ke)는 유기전압 상수이다.

추정 위상각 연산부(8d2)는, 상기 위상각 연산부(8c)로부터 공급되는 중지기간(T)에서의 회전자의 순간 위상각(θ) 및 각속도 연산부(8d1)로부터 공급되는 중지기간(T)에서의 회전자의 각속도(ω_n)를 수학식 9~ 수학식 12에 대입함으로써 중지기간(T)부터 다음의 중지기간(T)까지의 기간에서의 순간 위상각의 추정값(추정 순간 위상각(θ_TS))을 산출하여 PWM신호 생성부(19)에 공급한다.

즉, 추정 위상각 연산부(8d2)는, 최신값의 중지기간(T)으로부터 얻어진 각속도(ω_n)와 그 전의 중지기간(T)으로부터 얻어진 각속도(ω_n-1)를 수학식 9에 대입함 으로써 회전자의 최신값의 가속도(a)를 산출한다. 여기서, 수학식 9에서의 상수(Tpwm)는 중지기간(T)의 발생주기(PWM중지주기)인데, 이 PWM중지주기(Tpwm)는, 후술하는 바와 같이 PWM중지기간 생성부(7)에 의해 가변 설정된다.

ω_n : 현재의 PWM중지기간에서의 ω

ω_n-1 : 전회의 PWM중지기간에서의 ω

또, 추정 위상각 연산부(8d2)에서는, 수학식 9에 의해 구해진 가속도(a)를 마이컴(7)에서의 교류검출전압(Vun, Vvn, Vwn)의 샘플링 주기(Ts)마다의 추정 순간 각속도(보정 추정 순간 각속도(ω_TS))를 각속도(ω_n)를 초기값으로서 수학식 10에 의해 적분함으로써 구하고, 또 당해 보정 추정 순간 각속도(ω_TS)를 순간 위상각(θ_n)을 초기값으로서 수학식 11에 대입하여 적분함으로써 추정 순간 위상각(θ_TS)을 산출한다.

단, 적분의 초기값은 ω_n

단, 적분의 초기값은 θ_n

이러한 위상 검출부(8)에 대해, PWM중지기간 생성부(7)는 위상 검출부(8)로부터 공급되는 각속도(ω_TS)에 기초하여 상기 중지기간(T)을 설정하고, 당해 중지기간(T)을 지시하는 상기 중지신호(D)를 생성하여 위상 검출부(6), 유기전류 연산부(14) 및 PWM신호 생성부(19)에 공급한다. 즉, PWM중지기간 생성부(7)는, 위상 검출부(6)로부터 중지기간(T)마다 공급되는 각속도(ω)의 변화에 기초하여 3상 DC 브러시리스 모터(X)가 가속상태에 있는지의 여부를 판정하여, 가속상태에 있을 때는 회전자의 1회전마다 중지기간(T)을 설정하고, 정속상태에 있을 때는 회전자의 2회전마다 중지기간(T)을 1회 설정하며, 이러한 중지기간(T)의 타이밍을 나타내는 중지신호(D)를 출력한다.

이와 같이 중지기간(T)은, 3상 DC 브러시리스 모터(X)가 가속상태에 있는지의 여부에 따라 회전자의 1회전마다 혹은 2회전마다 설정되므로, 발생주기, 즉 상기 PWM중지주기(Tpwm)는 회전자의 회전속도에 따라 변화한다. 또한, 중지기간(T)의 길이는, 회전자의 1회전(360˚)에 대해 소정의 각도비율, 예를 들면 30˚에 상당하는 시간으로 설정되어 있고, 이에 의해 회전자의 회전속도에 따라 변화한다.

또, 본 실시예에서의 PWM중지기간 생성부(7)는, 중지기간(T)의 타이밍 설정 시에, 인버터 회로(1)를 구성하는 각 환류 다이오드의 환류기간을 제외함으로써, 환류기간에서의 환류전류의 영향을 제외한다.

감산부(10)는, 외부로부터 공급된 속도지령(ω´)에서 각속도 연산부(8d2)로부터 공급된 회전자의 각속도(ω_TS)를 감산함으로써 속도지령(ω´)에 대한 회전자의 각속도(ω)의 오차속도(Δω)를 산출하여 PI게인 설정부(11)에 공급한다. PI게인 설정부(11)는, 상기 오차속도(Δω)를 소정의 PI게인으로 비례 적분처리함으로써 전류(I)를 생성하여 리미터(12)에 공급한다. 리미터(12)는, 상기 전류(I)를 소정의 한계값 내에 제한함으로써 전류(I´)로서 감산부(13)에 공급한다. 감산부(13)는, 상기 전류(I´)에서 유기전류 연산부(14)로부터 공급된 유기전류(Im)를 감산함으로써 오차전류(ΔI)를 생성하여 PI게인 설정부(15)에 공급한다.

유기전류 연산부(14)는, 전류계(5)로부터 공급된 U상 전류(iu) 및 전류계(6)로부터 공급된 W상 전류(iw)를 수학식 12에 대입함으로써 고정자 상에 고정된 정지 직교좌표계(α축과 β축으로 이루어진 직교좌표계) 상의 전류인 α축 전류(i_α)와 β축 전류(i_β)를 산출하고, 또 당해 α축 전류(i_α)와 β축 전류(i_β)를 수학식 13에 대입함으로써 유기전류(Im)를 산출하여 상기 감산부(13)에 공급한다.

PI게인 설정부(15)는, 상기 오차전류(ΔI)를 소정의 PI게인으로 비례 적분처리함으로써 전압(V)을 생성하여 리미터(16)에 공급한다. 리미터(16)는, 전압(V)을 소정의 한계값 내에 제한하여 전압(V´)으로서 가산부(17)에 공급한다. 가산부(17)는, 이 전압(V´)에 각도 연산부(8d1)로부터 공급된 유기전압(Vm)을 가산함으로써 전압(Vs)을 생성하여 제산부(18)에 공급한다. 제산부(18)는, 이 전압(Vs)을 직류전압 검출부(3)로부터 공급된 직류검출전압(Vdn)으로 제산함으로써 속도 제어값(S)을 생성하여 PWM신호 생성부(19)에 공급한다.

PWM신호 생성부(19)는, 상기 속도 제어값(S)과 추정 위상각 연산부(8d2)로부터 공급된 각도 제어값으로서의 추정 순간 위상각(θ_TS)에 기초하여 PWM신호(Au1, Au2, Av1, Av2, Aw1, Aw2)를 생성하여 인버터 회로(1)에 공급한다. 여기서, PWM신호 생성부(19)에는 PWM중지기간 생성부(9)로부터 중지신호(D)가 공급되어 있고, PWM신호 생성부(19)는, 이 중지신호(D)에 기초하여 중지기간(T) 이외의 기간에서만 PWM신호(Au1, Au2, Av1, Av2, Aw1, Aw2)의 생성처리를 행하며, 중지기간(T)에서는 PWM신호(Au1, Au2, Av1, Av2, Aw1, Aw2)의 생성을 중지한다.

도 4는, 3상 DC 브러시리스 모터(X)가 가속운전상태에 있는 경우에서의 중지기간(T)과 PWM신호(Au1, Au2, Av1, Av2, Aw1, Aw2)의 생성 타이밍의 관계를 도시한 타이밍 차트이다. PWM중지기간 생성부(7)는, 위상 검출부(6)로부터 중지기간(T)마다 공급되는 각속도(ω_TS)에 기초하여 3상 DC 브러시리스 모터(X)가 가속운전상태에 있다고 판정하면, 회전자의 1회전마다 중지기간(T)을 설정한다.

유기전압(Vm)은 회전자의 회전에 동기하여 정현파 형상으로 변화하므로, 유기전압(Vm)의 변동주기는 회전자의 회전주기와 동일하다. 3상 DC 브러시리스 모터(X)가 가속운전상태에 있는 경우, PWM중지기간 생성부(7)는 회전자의 1회전마다, 즉 유기전압(Vm)의 변동주기마다 소정 시간 폭의 중지기간(T)을 설정하고, 이 결과 PWM신호 생성부(19)는, 중지기간(T)에서의 PWM신호(Au1, Au2, Av1, Av2, Aw1, Aw2)의 생성을 중지한다.

이에 대해, 위상 검출부(8)는 PWM신호(Au1, Au2, Av1, Av2, Aw1, Aw2)의 생성에 기인하는 잡음이 외란으로서 작용하지 않는 중지기간(T)에서의 교류검출전압(Vun, Vvn, Vwn)에 기초하여 유기전압(Vm), 각속도(ω) 및 추정 순간 위상각(θ_TS)을 산출하므로, 이들 유기전압(Vm), 각속도(ω) 및 추정 순간 위상각(θ_TS)은 회전자의 회전상태를 정확하게 나타내고 있다.

즉, 이러한 유기전압(Vm) 및 각속도(ω) 등에 기초하여 산출되는 속도 제어값(S)은 회전자의 회전상태를 정확하게 반영한 것이고, 또한 추정 순간 위상각(θ_TS)은 회전자의 회전상태를 정확하게 반영한 각도 제어값이며, 당해 각도 제어값 및 속도 제어값(S)에 기초하여 중지기간(T) 이외의 기간에서 생성된 PWM신호(Au1, Au2, Av1, Av2, Aw1, Aw2)는, 인버터 회로(1)를 적확하게 제어하여 3상 DC 브러시리스 모터(X)를 확실하고 정밀도 높게 구동시키는 것이다. 따라서, 본 모터 구동장치에 의하면, 회전자의 회전위치를 정확하고 확실하게 검출하는 것이 가능하고, 이에 의해 3상 DC 브러시리스 모터(X)를 정확하고 확실하게 구동하는 것이 가능하다.

또, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니고, 예를 들면 이하와 같은 변형이 고려될 수 있다.

(1) 상기 실시예에 관한 모터 구동장치에서는 3상 DC 브러시리스 모터(X)를 PWM정현파 통전방식으로 구동하는 경우에 대해서 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고 3상 DC 브러시리스 모터(X)를 120˚통전방식으로 구동하는 경우에 대해서 적용 가능하다.

(2) 상기 실시예에서의 PWM중지기간 생성부(7)는, 3상 DC 브러시리스 모터(X)가 가속상태에 있을 때는 회전자의 1회전마다 중지기간(T)을 설정하고, 정속상태에 있을 때는 중지기간(T)을 회전자의 2회전마다 1회 설정하였지만, 중지기간(T)의 설정방법은 이에 한정되는 것은 아니다. 중지기간(T)의 설정방법은, 예를 들면 요구되는 3상 DC 브러시리스 모터(X)의 운전성능에 따라 변경될 수 있다.

(3) 상기 실시예에서는, 인버터 회로(1)와 직류전원(2)으로 구동신호 생성수단을 구성하고, 또한 직류전압 검출부(3), 교류전압 검출부(4), 전류계(5, 6) 및 마이컴(7)으로 제어신호 생성수단을 구성하였지만, 구동신호 생성수단 및 제어신호 생성수단의 구성은 이에 한정되는 것은 아니다. 특히, 상기 실시예에 관한 마이컴(7)은 인버터 회로(1)를 PWM제어하는 것이지만, 제어방식은 이 PWM제어방식에 한정되는 것은 아니다.

(4) 상기 실시예에서는 3상 DC 브러시리스 모터(X)의 회전수가 수 10,000rpm을 넘는 고회전수 영역에서 작동하는 모터 구동장치에 대해서 설명하였지만, 본 발명의 우위성은 이러한 고회전수 영역에 한정되는 것은 아니다.

본 발명에 의하면, 펄스형상 제어신호의 생성을 중지한 기간에 고정자 권선으로부터 취득한 유기전압에 기초하여 회전자의 회전상태를 검출하고, 이 회전상태에 기초하여 펄스형상 제어신호를 생성하므로, 회전자의 회전상태를 정확하고 확실하게 검출하는 것이 가능하고, 따라서 이와 같이 정확하게 검출된 회전상태에 기초하여 펄스형상 제어신호를 생성함으로써 DC 브러시리스 모터를 확실하고 정밀도 높게 구동하는 것이 가능하다.

Claims

DC 브러시리스 모터의 각 상에 대응하는 고정자 권선에 소정의 구동신호를 각각 공급함으로써 회전자를 회전 구동하는 모터 구동장치에 있어서,

직류전력을 펄스형상 제어신호에 기초하여 스위칭 소자로 스위칭함으로써 상기 구동신호를 생성하는 구동신호 생성수단과,

상기 펄스형상 제어신호를 간헐적으로 생성하여 상기 구동신호 생성수단을 제어하는 것으로서, 상기 펄스형상 제어신호의 생성을, 각 상이 모두 중지(휴지)된 기간에서 고정자 권선으로부터 취득한 유기전압에 기초하여 회전자의 회전위치 및 회전속도를 검출함으로써 상기 펄스형상 제어신호를 생성하는 제어신호 생성수단을

구비하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
제1항에 있어서,

구동신호 생성수단은, 직류전력을 출력하는 직류전원과, 직류전력을 펄스형상 제어신호에 기초하여 스위칭하여 구동신호를 생성하는 인버터 회로로 이루어진 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
제1항에 있어서,

제어신호 생성수단은, 펄스형상 제어신호로서 PWM(Pulse Width Modulation)신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
제2항에 있어서,

제어신호 생성수단은, 펄스형상 제어신호로서 PWM(Pulse Width Modulation)신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
제1항에 있어서,

구동신호 생성수단의 스위칭 소자에 환류 다이오드가 병렬 접속되어 있는 경우,

제어신호 생성수단은, 펄스형상 제어신호의 생성을 중지한 기간에서 상기 환류 다이오드의 환류기간을 제외한 기간에 고정자 권선으로부터 취득한 신호에 기초하여 회전자의 회전상태를 검출하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
제2항에 있어서,

구동신호 생성수단의 스위칭 소자에 환류 다이오드가 병렬 접속되어 있는 경우,

제어신호 생성수단은, 펄스형상 제어신호의 생성을 중지한 기간에서 상기 환류 다이오드의 환류기간을 제외한 기간에 고정자 권선으로부터 취득한 신호에 기초하여 회전자의 회전상태를 검출하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
제3항에 있어서,

구동신호 생성수단의 스위칭 소자에 환류 다이오드가 병렬 접속되어 있는 경우,

제어신호 생성수단은, 펄스형상 제어신호의 생성을 중지한 기간에서 상기 환류 다이오드의 환류기간을 제외한 기간에 고정자 권선으로부터 취득한 신호에 기초하여 회전자의 회전상태를 검출하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
제4항에 있어서,

구동신호 생성수단의 스위칭 소자에 환류 다이오드가 병렬 접속되어 있는 경우,

제어신호 생성수단은, 펄스형상 제어신호의 생성을 중지한 기간에서 상기 환류 다이오드의 환류기간을 제외한 기간에 고정자 권선으로부터 취득한 신호에 기초하여 회전자의 회전상태를 검출하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
제1항에 있어서,

제어신호 생성수단은, PWM정현파 통전방식에 대응한 펄스형상 제어신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
제2항에 있어서,

제어신호 생성수단은, PWM정현파 통전방식에 대응한 펄스형상 제어신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
제3항에 있어서,

제어신호 생성수단은, PWM정현파 통전방식에 대응한 펄스형상 제어신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
제4항에 있어서,

제어신호 생성수단은, PWM정현파 통전방식에 대응한 펄스형상 제어신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
제5항에 있어서,

제어신호 생성수단은, PWM정현파 통전방식에 대응한 펄스형상 제어신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
제6항에 있어서,

제어신호 생성수단은, PWM정현파 통전방식에 대응한 펄스형상 제어신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
제7항에 있어서,

제어신호 생성수단은, PWM정현파 통전방식에 대응한 펄스형상 제어신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
제8항에 있어서,

제어신호 생성수단은, PWM정현파 통전방식에 대응한 펄스형상 제어신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.