KR20170103291A - 모터 구동장치, 및 이를 구비하는 세탁물 처리기기 - Google Patents

모터 구동장치, 및 이를 구비하는 세탁물 처리기기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 모터 구동장치, 및 이를 구비하는 세탁물 처리기기에 관한 것이다. 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동장치는, 입력 교류 전원을 직류 전원으로 변환하여 dc단에 출력하는 컨버터와, dc단에 접속되며, 컨버터로부터의 직류 전원을 저장하는 dc단 커패시터와, 복수의 상암 스위칭 소자와 하암 스위칭 소자를 구비하며, 스위칭 동작에 의해, dc단 커패시터로부터의 직류 전원을 교류 전원으로 변환하고, 변환된 교류 전원을 모터에 출력하는 인버터와, 인버터를 제어하는 제어부를 구비하고, 제어부는, 모터의 정지시 토크 발생이 되지않도록, 토크분 전류 지령치는 영으로 설정하고, 일정값의 자속분 전류 지령치를 이용하여, 모터를 구동하며, 모터에 흐르는 전류와 모터에서 유발되는 전압에 기초하여, 모터의 고정자 저항을 연산하며, 연산된 모터의 고정자 저항에 기초하여, 모터의 고정자 인덕턴스와, 모터의 고정자 쇄교 자속을 추정한다. 이에 따라, 모터 구동을 안정적으로 수행할 수 있게 된다.

Description

모터 구동장치, 및 이를 구비하는 세탁물 처리기기{Motor Driving apparatus and laundry treatment maschine including the same}
본 발명은 모터 구동장치, 및 이를 구비하는 세탁물 처리기기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 모터 구동을 안정적으로 수행할 수 있는 모터 구동장치, 및 이를 구비하는 세탁물 처리기기에 관한 것이다.
일반적으로, 세탁물 처리기기는 세제와 세탁수 및 세탁물이 드럼 내에 투입된 상태에서, 모터의 구동력을 전달받아 회전하는 세탁조와 세탁물의 마찰력을 이용하여 세탁을 행하여, 세탁물의 손상이 거의 없고 세탁물이 서로 엉키지 않는 세탁효과를 낼 수 있다.
한편, 세탁물 처리기기 내에 세탁물의 포량, 및 편심량에 기초하여, 세탁이 수행되므로, 포량, 및 편심량 감지의, 정확성을 높이기 위한 다양한 방법이 논의되고 있다.
본 발명의 목적은, 모터 구동을 안정적으로 수행할 수 있는 모터 구동장치, 및 이를 구비하는 세탁물 처리기기를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은, 모터 상수를 간단하고 정확하게 연산할 수 있는 모터 구동장치, 및 이를 구비하는 세탁물 처리기기를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동장치는, 입력 교류 전원을 직류 전원으로 변환하여 dc단에 출력하는 컨버터와, dc단에 접속되며, 컨버터로부터의 직류 전원을 저장하는 dc단 커패시터와, 복수의 상암 스위칭 소자와 하암 스위칭 소자를 구비하며, 스위칭 동작에 의해, dc단 커패시터로부터의 직류 전원을 교류 전원으로 변환하고, 변환된 교류 전원을 모터에 출력하는 인버터와, 인버터를 제어하는 제어부를 구비하고, 제어부는, 모터의 정지시 토크 발생이 되지않도록, 토크분 전류 지령치는 영으로 설정하고, 일정값의 자속분 전류 지령치를 이용하여, 모터를 구동하며, 모터에 흐르는 전류와 모터에서 유발되는 전압에 기초하여, 모터의 고정자 저항을 연산하며, 연산된 모터의 고정자 저항에 기초하여, 모터의 고정자 인덕턴스와, 모터의 고정자 쇄교 자속을 추정한다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 모터 구동장치는, 입력 교류 전원을 직류 전원으로 변환하여 dc단에 출력하는 컨버터와, dc단에 접속되며, 컨버터로부터의 직류 전원을 저장하는 dc단 커패시터와, 복수의 상암 스위칭 소자와 하암 스위칭 소자를 구비하며, 스위칭 동작에 의해, dc단 커패시터로부터의 직류 전원을 교류 전원으로 변환하고, 변환된 교류 전원을 모터에 출력하는 인버터와, 인버터를 제어하는 제어부를 구비하고, 제어부는, 자속분 전류 지령치를 영으로 설정하고 토크분 전류 지령치를 이용하여 모터를 구동하며, 모터의 자속분 전압, 자속분 전류에 기초하여, 모터의 고정자 인덕턴스를 연산하며, 모터의 고정자 인덕턴스에 기초하여, 모터의 고정자 저항, 및 모터의 고정자 쇄교 자속을 추정한다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 세탁물 처리기기는, 입력 교류 전원을 직류 전원으로 변환하여 dc단에 출력하는 컨버터와, dc단에 접속되며, 컨버터로부터의 직류 전원을 저장하는 dc단 커패시터와, 복수의 상암 스위칭 소자와 하암 스위칭 소자를 구비하며, 스위칭 동작에 의해, dc단 커패시터로부터의 직류 전원을 교류 전원으로 변환하고, 변환된 교류 전원을 모터에 출력하는 인버터와, 인버터를 제어하는 제어부를 구비하고, 제어부는, 모터의 정지시 토크 발생이 되지않도록, 토크분 전류 지령치는 영으로 설정하고, 일정값의 자속분 전류 지령치를 이용하여, 모터를 구동하며, 모터에 흐르는 전류와 모터에서 유발되는 전압에 기초하여, 모터의 고정자 저항을 연산하며, 연산된 모터의 고정자 저항에 기초하여, 모터의 고정자 인덕턴스와, 모터의 고정자 쇄교 자속을 추정한다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 세탁물 처리기기는, 입력 교류 전원을 직류 전원으로 변환하여 dc단에 출력하는 컨버터와, dc단에 접속되며, 컨버터로부터의 직류 전원을 저장하는 dc단 커패시터와, 복수의 상암 스위칭 소자와 하암 스위칭 소자를 구비하며, 스위칭 동작에 의해, dc단 커패시터로부터의 직류 전원을 교류 전원으로 변환하고, 변환된 교류 전원을 모터에 출력하는 인버터와, 인버터를 제어하는 제어부를 구비하고, 제어부는, 자속분 전류 지령치를 영으로 설정하고 토크분 전류 지령치를 이용하여 모터를 구동하며, 모터의 자속분 전압, 자속분 전류에 기초하여, 모터의 고정자 인덕턴스를 연산하며, 모터의 고정자 인덕턴스에 기초하여, 모터의 고정자 저항, 및 모터의 고정자 쇄교 자속을 추정한다.
본 발명의 일실시예에 따른 모터 구동장치 및 이를 구비하는 세탁물 처리기기는, 입력 교류 전원을 직류 전원으로 변환하여 dc단에 출력하는 컨버터와, dc단에 접속되며, 컨버터로부터의 직류 전원을 저장하는 dc단 커패시터와, 복수의 상암 스위칭 소자와 하암 스위칭 소자를 구비하며, 스위칭 동작에 의해, dc단 커패시터로부터의 직류 전원을 교류 전원으로 변환하고, 변환된 교류 전원을 모터에 출력하는 인버터와, 인버터를 제어하는 제어부를 구비하고, 제어부는, 모터의 정지시 토크 발생이 되지않도록, 토크분 전류 지령치는 영으로 설정하고, 일정값의 자속분 전류 지령치를 이용하여, 모터를 구동하며, 모터에 흐르는 전류와 모터에서 유발되는 전압에 기초하여, 모터의 고정자 저항을 연산하며, 연산된 모터의 고정자 저항에 기초하여, 모터의 고정자 인덕턴스와, 모터의 고정자 쇄교 자속을 추정함으로써, 모터 상수를 간단하고 정확하게 연산할 수 있게 된다. 나아가, 모터 구동을 안정적으로 수행할 수 있게 된다.
특히, 세탁물 처리기기의 포량 감지, 편심량 감지, 수위 감지, 세탁 시간 연산의 정확도를 높일 수 있게 된다.
한편, 위치 감지부로부터의 위치 신호에 대해 정확성을 높일 수 있어, 모터 구동을 안정적으로 수행할 수 있게 된다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 모터 구동장치 및 이를 구비하는 세탁물 처리기기는, 입력 교류 전원을 직류 전원으로 변환하여 dc단에 출력하는 컨버터와, dc단에 접속되며, 컨버터로부터의 직류 전원을 저장하는 dc단 커패시터와, 복수의 상암 스위칭 소자와 하암 스위칭 소자를 구비하며, 스위칭 동작에 의해, dc단 커패시터로부터의 직류 전원을 교류 전원으로 변환하고, 변환된 교류 전원을 모터에 출력하는 인버터와, 인버터를 제어하는 제어부를 구비하고, 제어부는, 자속분 전류 지령치를 영으로 설정하고 토크분 전류 지령치를 이용하여 모터를 구동하며, 모터의 자속분 전압, 자속분 전류에 기초하여, 모터의 고정자 인덕턴스를 연산하며, 모터의 고정자 인덕턴스에 기초하여, 모터의 고정자 저항, 및 모터의 고정자 쇄교 자속을 추정함으로써, 모터 상수를 간단하고 정확하게 연산할 수 있게 된다. 나아가, 모터 구동을 안정적으로 수행할 수 있게 된다.
특히, 세탁물 처리기기의 포량 감지, 편심량 감지, 수위 감지, 세탁 시간 연산의 정확도를 높일 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 세탁물 처리기기를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 세탁물 처리기기의 측단면도이다.
도 3은 도 1의 세탁물 처리기기의 내부 블록도이다.
도 4는 도 3의 모터 구동부의 내부 회로도이다.
도 5는 도 4의 인버터 제어부의 내부 블록도이다.
도 6은 도 4의 모터에 공급되는 교류 전류의 일예를 보여주는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동장치의 내부 블록도의 일예이다.
도 8은 세탁물 처리기기의 구동시 모터 저항, 모터 인덕턴스, 역기전력이 감지되는 구간을 도시한 도면이다.
도 9는 모터 상수에 기반한 세탁물 처리기기의 포량 감지 및 편심량 감지를 설명하기 위해 참조되는 도면이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 모터 구동장치의 동작 방법을 보여주는 순서도이다.
도 11a 내지 도 11b는 도 10의 동작방법을 설명하기 위해 참조되는 도면이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 모터 구동장치의 동작 방법을 보여주는 순서도이다.
도 13a 내지 도 13b는 도 12의 동작방법을 설명하기 위해 참조되는 도면이다.
도 14 및 도 15는 도 4의 위치 감지부의 동작 설명을 위해 참조되는 도면이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 단순히 본 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되는 것으로서, 그 자체로 특별히 중요한 의미 또는 역할을 부여하는 것은 아니다. 따라서, 상기 "모듈" 및 "부"는 서로 혼용되어 사용될 수도 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 세탁물 처리기기를 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 세탁물 처리기기의 측단면도이다.
도 1 내지 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 세탁물 처리기기(100)는, 포가 삽입되어 세탁, 헹굼 탈수 등을 수행하는 세탁기 또는 습포가 삽입되어 건조를 수행하는 건조기 등을 포함하는 개념으로서, 이하에서는 세탁기를 중심으로 기술한다.
세탁기(100)는, 외관을 형성하는 케이싱(110)과, 사용자로부터 각종 제어명령을 입력받는 조작키들과, 세탁기(100)의 작동상태에 대한 정보를 표시하는 디스플레이 등을 구비하여 사용자 인터페이스를 제공하는 컨트롤 패널(115)과, 케이싱(110)에 회전 가능하게 구비되어 세탁물이 출입하는 출입홀을 여닫는 도어(113)를 포함한다.
케이싱(110)은, 내부에 세탁기(100)의 각종 구성품이 수용될 수 있는 공간을 형성하는 본체(111)와, 본체(111)의 상측에 구비되고 내조(122) 내로 세탁물이 투입될 수 있도록 포출입홀을 형성하는 탑커버(112)를 포함할 수 있다.
케이싱(110)은 본체(111)와 탑커버(112)를 포함하는 것으로 설명하나, 케이싱(110)은 세탁기(100)의 외관을 형성하는 것이면 충분하며 이에 한정되지 않는다.
한편, 지지봉(135)은, 케이싱(110)을 이루는 구성 중 하나인 탑커버(112)에 결합되는 것으로 설명하나, 이에 한정되는 것은 아니고, 케이싱(110)의 고정된 부분 어느 곳과도 결합되는 것이 가능함을 명시한다.
컨트롤패널(115)은, 세탁물 처리기기(100)의 운전상태를 조작하는 조작키들(117)과, 조작키들(117)의 일측에 배치되며 세탁물 처리기기(100)의 운전상태를 표시하는 디스플레이(118)를 포함한다.
도어(113)는, 탑커버(112)에 형성된 포출입홀(미표기)을 여닫는 것으로, 본체(111) 내부가 들여다보일 수 있도록 강화유리 등의 투명부재를 포함할 수 있다.
세탁기(100)는, 세탁조(120)를 포함할 수 있다. 세탁조(120)는, 세탁수가 담기는 외조(124)와, 외조(124) 내에 회전가능하게 구비되어 세탁물을 수용하는 내조(122)를 구비할 수 있다. 세탁조(120)의 상부에는 세탁조(120)의 회전시 발생하는 편심을 보상하기 위한 밸런서(134)가 구비될 수 있다.
한편, 세탁기(100)는, 세탁조(120)의 하부에 회전 가능하게 구비되는 펄세이터(133)를 포함할 수 있다.
구동장치(138)는, 내조(122) 및/또는 펄세이터(133)를 회전시키기 위한 구동력을 제공하는 것이다. 구동장치(138)의 구동력을 선택적으로 전달하여 내조(122)만이 회전되거나, 펄세이터(133)만이 회전되거나, 내조(122)와 펄세이터(133)가 동시에 회전되도록 하는 클러치(미도시)가 구비될 수 있다.
한편, 구동장치(138)는, 도 3의 구동부(220), 즉 구동 회로에 의해 동작하게 된다. 이에 대해서는 도 3 이하를 참조하여 후술한다.
한편, 탑커버(112)에는 세탁용 세제, 섬유 유연제 및/또는 표백제 등의 각종 첨가제가 수용되는 세제박스(114)가 인출가능하게 구비되고, 급수유로(123)를 통해 급수된 세탁수가 세제박스(114)를 경유한 후 내조(122) 내로 공급된다.
내조(122)에는 복수의 홀(미도시)이 형성되어 내조(122)로 공급된 세탁수가 복수의 홀을 통해 외조(124)로 유동한다. 급수유로(123)를 단속하는 급수밸브(125)가 구비될 수 있다.
배수유로(143)를 통해 외조(124)내의 세탁수가 배수되고, 배수유로(143)를 단속하는 배수밸브(145) 및 세탁수를 펌핑하는 배수펌프(141)가 구비될 수 있다.
지지봉(135)은, 외조(124)를 케이싱(110) 내에 매달기 위한 것으로, 일단이 케이싱(110)에 연결되고, 지지봉(135)의 타단은 서스펜션(150)에 의해 외조(124)와 연결된다.
서스펜션(150)은, 세탁기(100) 작동 중에 외조(124)가 진동하는 것을 완충시킨다. 예를 들어, 내조(122)가 회전함에 따라 발생하는 진동에 의해 외조(124)가 진동할 수 있으며, 내조(122)가 회전하는 중에는 내조(122) 내에 수용된 세탁물의 편심, 내조(122)의 회전 속도 또는 공진 특성 등의 다양한 요인에 의해 진동하는 것을 완충시킬 수 있다.
도 3은 도 1의 세탁물 처리기기의 내부 블록도이다.
도면을 참조하여 설명하면, 세탁물 처리기기(100)는, 제어부(210)의 제어 동작에 의해, 구동부(220)가 제어되며, 구동부(220)는 모터(230)를 구동하게 된다. 이에 따라, 세탁조(120)에 모터(230)에 의해 회전하게 된다.
제어부(210)는, 조작키(1017)로부터 동작 신호를 입력받아 동작을 한다. 이에 따라, 세탁, 헹굼, 탈수 행정이 수행될 수 있다.
또한, 제어부(210)는, 디스플레이(118)를 제어하여, 세탁 코스, 세탁 시간, 탈수 시간, 헹굼 시간 등, 또는 현재 동작 상태 등을 표시하도록 제어할 수 있다.
한편, 제어부(210)는, 구동부(220)를 제어하여, 모터(230)를 동작시키도록 제어한다. 예를 들어, 모터(230)에 흐르는 출력 전류를 검출하는 전류 검출부(225)와 모터(230)의 위치를 감지하는 위치 감지부(220)에 기초하여, 모터(230)가 회전하도록 구동부(220)를 제어할 수 있다. 도면에서는, 검출된 전류와, 감지된 위치 신호가 구동부(220)에 입력되는 것으로 도시하나, 이에 한정되지 않으며, 제어부(210)에 입력되거나, 제어부(210)와 구동부(220)에 함께 입력되는 것도 가능하다.
구동부(220)는, 모터(230)를 구동시키기 위한 것으로, 인버터(미도시), 및 인버터 제어부(미도시)를 포함할 수 있다. 또한, 구동부(220)는, 인버터(미도시)에 입력되는 직류 전원을 공급하는, 컨버터 등을 더 포함하는 개념일 수 있다.
예를 들어, 인버터 제어부(미도시)가 펄스폭 변조(PWM) 방식의 스위칭 제어 신호(도 4의 Sic)를 인버터(미도시)로 출력하면, 인버터(미도시)는 고속 스위칭 동작을 하여, 소정 주파수의 교류 전원을 모터(230)에 공급할 수 있다.
구동부(220)에 대해서는 도 4를 참조하여 후술한다.
한편, 제어부(210)는, 전류 검출부(220)에서 검출된 전류(io) 또는 위치 감지부(235)에서 감지된 위치 신호(H)에 기초하여, 포량을 감지할 수 있다. 예를 들어, 세탁조(120)가 회전하는 동안에, 모터(230)의 전류값(io)에 기초하여 포량을 감지할 수 있다.
한편, 제어부(210)는, 세탁조(120)의 편심량, 즉 세탁조(120)의 언밸런스(unbalance; UB)를 감지할 수도 있다. 이러한 편심량 감지는, 전류 검출부(220)에서 검출된 전류(io)의 리플 성분 또는 세탁조(120)의 회전 속도 변화량에 기초하여, 수행될 수 있다.
도 4는 도 3의 구동부의 내부 회로도이다.
도면을 참조하여 설명하면, 본 발명의 실시예에 따른 구동부(220)는, 컨버터(410), 인버터(420), 인버터 제어부(430), dc 단 전압 검출부(B), 평활 커패시터(C), 및 출력전류 검출부(E)를 포함할 수 있다. 또한, 구동부(220)는, 입력 전류 검출부(A), 리액터(L) 등을 더 포함할 수도 있다.
리액터(L)는, 상용 교류 전원(405, vs)과 컨버터(410) 사이에 배치되어, 역률 보정 또는 승압동작을 수행한다. 또한, 리액터(L)는 컨버터(410)의 고속 스위칭에 의한 고조파 전류를 제한하는 기능을 수행할 수도 있다.
입력 전류 검출부(A)는, 상용 교류 전원(405)으로부터 입력되는 입력 전류(is)를 검출할 수 있다. 이를 위하여, 입력 전류 검출부(A)로, CT(current trnasformer), 션트 저항 등이 사용될 수 있다. 검출되는 입력 전류(is)는, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 인버터 제어부(430)에 입력될 수 있다.
컨버터(410)는, 리액터(L)를 거친 상용 교류 전원(405)을 직류 전원으로 변환하여 출력한다. 도면에서는 상용 교류 전원(405)을 단상 교류 전원으로 도시하고 있으나, 삼상 교류 전원일 수도 있다. 상용 교류 전원(405)의 종류에 따라 컨버터(410)의 내부 구조도 달라진다.
한편, 컨버터(410)는, 스위칭 소자 없이 다이오드 등으로 이루어져, 별도의 스위칭 동작 없이 정류 동작을 수행할 수도 있다.
예를 들어, 단상 교류 전원인 경우, 4개의 다이오드가 브릿지 형태로 사용될 수 있으며, 삼상 교류 전원인 경우, 6개의 다이오드가 브릿지 형태로 사용될 수 있다.
한편, 컨버터(410)는, 예를 들어, 2개의 스위칭 소자 및 4개의 다이오드가 연결된 하프 브릿지형의 컨버터가 사용될 수 있으며, 삼상 교류 전원의 경우, 6개의 스위칭 소자 및 6개의 다이오드가 사용될 수도 있다.
컨버터(410)가, 스위칭 소자를 구비하는 경우, 해당 스위칭 소자의 스위칭 동작에 의해, 승압 동작, 역률 개선 및 직류전원 변환을 수행할 수 있다.
평활 커패시터(C)는, 입력되는 전원을 평활하고 이를 저장한다. 도면에서는, 평활 커패시터(C)로 하나의 소자를 예시하나, 복수개가 구비되어, 소자 안정성을 확보할 수도 있다.
한편, 도면에서는, 컨버터(410)의 출력단에 접속되는 것으로 예시하나, 이에 한정되지 않고, 직류 전원이 바로 입력될 수도 있다., 예를 들어, 태양 전지로부터의 직류 전원이 평활 커패시터(C)에 바로 입력되거나 직류/직류 변환되어 입력될 수도 있다. 이하에서는, 도면에 예시된 부분을 위주로 기술한다.
한편, 평활 커패시터(C) 양단은, 직류 전원이 저장되므로, 이를 dc 단 또는 dc 링크단이라 명명할 수도 있다.
dc 단 전압 검출부(B)는 평활 커패시터(C)의 양단인 dc 단 전압(Vdc)을 검출할 수 있다. 이를 위하여, dc 단 전압 검출부(B)는 저항 소자, 증폭기 등을 포함할 수 있다. 검출되는 dc 단 전압(Vdc)은, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 인버터 제어부(430)에 입력될 수 있다.
인버터(420)는, 복수개의 인버터 스위칭 소자를 구비하고, 스위칭 소자의 온/오프 동작에 의해 평활된 직류 전원(Vdc)을 소정 주파수의 삼상 교류 전원(va,vb,vc)으로 변환하여, 삼상 동기 모터(230)에 출력할 수 있다.
인버터(420)는, 각각 서로 직렬 연결되는 상암 스위칭 소자(Sa,Sb,Sc) 및 하암 스위칭 소자(S'a,S'b,S'c)가 한 쌍이 되며, 총 세 쌍의 상,하암 스위칭 소자가 서로 병렬(Sa&S'a,Sb&S'b,Sc&S'c)로 연결된다. 각 스위칭 소자(Sa,S'a,Sb,S'b,Sc,S'c)에는 다이오드가 역병렬로 연결된다.
인버터(420) 내의 스위칭 소자들은 인버터 제어부(430)로부터의 인버터 스위칭 제어신호(Sic)에 기초하여 각 스위칭 소자들의 온/오프 동작을 하게 된다. 이에 의해, 소정 주파수를 갖는 삼상 교류 전원이 삼상 동기 모터(230)에 출력되게 된다.
인버터 제어부(430)는, 인버터(420)의 스위칭 동작을 제어할 수 있다. 이를 위해, 인버터 제어부(430)는, 출력전류 검출부(E)에서 검출되는 출력전류(io)를 입력받을 수 있다.
인버터 제어부(430)는, 인버터(420)의 스위칭 동작을 제어하기 위해, 인버터 스위칭 제어신호(Sic)를 인버터(420)에 출력한다. 인버터 스위칭 제어신호(Sic)는 펄스폭 변조 방식(PWM)의 스위칭 제어신호로서, 출력전류 검출부(E)로부터 검출되는 출력전류값(io)을 기초로 생성되어 출력된다. 인버터 제어부(430) 내의 인버터 스위칭 제어신호(Sic)의 출력에 대한 상세 동작은 도 5를 참조하여 후술한다.
출력전류 검출부(E)는, 인버터(420)와 삼상 모터(230) 사이에 흐르는 출력전류(io)를 검출한다. 즉, 모터(230)에 흐르는 전류를 검출한다. 출력전류 검출부(E)는 각 상의 출력 전류(ia,ib,ic)를 모두 검출할 수 있으며, 또는 삼상 평형을 이용하여 두 상의 출력 전류를 검출할 수도 있다.
출력전류 검출부(E)는 인버터(420)와 모터(230) 사이에 위치할 수 있으며, 전류 검출을 위해, CT(current trnasformer), 션트 저항 등이 사용될 수 있다.
션트 저항이 사용되는 경우, 3개의 션트 저항이, 인버터(420)와 동기 모터(230) 사이에 위치하거나, 인버터(420)의 3개의 하암 스위칭 소자(S'a,S'b,S'c)에 일단이 각각 접속되는 것이 가능하다. 한편, 삼상 평형을 이용하여, 2개의 션트 저항이 사용되는 것도 가능하다. 한편, 1개의 션트 저항이 사용되는 경우, 상술한 커패시터(C)와 인버터(420) 사이에서 해당 션트 저항이 배치되는 것도 가능하다.
검출된 출력전류(io)는, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 인버터 제어부(430)에 인가될 수 있으며, 검출된 출력전류(io)에 기초하여 인버터 스위칭 제어신호(Sic)가 생성된다. 이하에서는 검출된 출력전류(io)가 삼상의 출력 전류(ia,ib,ic)인 것으로하여 기술한다.
한편, 삼상 모터(230)는, 고정자(stator)와 회전자(rotar)를 구비하며, 각상(a,b,c 상)의 고정자의 코일에 소정 주파수의 각상 교류 전원이 인가되어, 회전자가 회전을 하게 된다.
이러한 모터(230)는, 예를 들어, 표면 부착형 영구자석 동기전동기(Surface-Mounted Permanent-Magnet Synchronous Motor; SMPMSM), 매입형 영구자석 동기전동기(Interior Permanent Magnet Synchronous Motor; IPMSM), 및 동기 릴럭턴스 전동기(Synchronous Reluctance Motor; Synrm) 등을 포함할 수 있다. 이 중 SMPMSM과 IPMSM은 영구자석을 적용한 동기 전동기(Permanent Magnet Synchronous Motor; PMSM)이며, Synrm은 영구자석이 없는 것이 특징이다.
한편, 인버터 제어부(430)는, 컨버터(410)가 스위치 소자를 구비하는 경우, 컨버터(410) 내의 스위칭 소자의 스위칭 동작을 제어할 수 있다. 이를 위해, 인버터 제어부(430)는, 입력 전류 검출부(A)에서 검출되는 입력 전류(is)를 입력받을 수 있다. 그리고, 인버터 제어부(430)는, 컨버터(410)의 스위칭 동작을 제어하기 위해, 컨버터 스위칭 제어신호(Scc)를 컨버터(410)에 출력할 수 있다. 이러한 컨버터 스위칭 제어신호(Scc)는 펄스폭 변조(PWM) 방식의 스위칭 제어신호로서, 입력 전류 검출부(A)로부터 검출되는 입력 전류(is)를 기초로 생성되어 출력될 수 있다.
한편, 위치 감지부(235)는, 모터(230)의 회전자 위치를 감지할 수 있다. 이를 위해, 위치 감지부(235)는 홀 센서를 포함할 수 있다. 감지된 회전자 위치(H)는, 인버터 제어부(430)에 입력 되어 속도 연산등에 기초로 사용되게 된다.
도 5는 도 4의 인버터 제어부의 내부 블록도이다.
도 5를 참조하면, 인버터 제어부(430)는, 축변환부(510), 속도 연산부(520), 전류 지령 생성부(530), 전압 지령 생성부(540), 축변환부(550), 및 스위칭 제어신호 출력부(560)를 포함할 수 있다.
축변환부(510)는, 출력 전류 검출부(E)에서 검출된 삼상 출력 전류(ia,ib,ic)를 입력받아, 정지좌표계의 2상 전류(iα,iβ)로 변환한다.
한편, 축변환부(510)는, 정지좌표계의 2상 전류(iα,iβ)를 회전좌표계의 2상 전류(id,iq)로 변환할 수 있다.
속도 연산부(520)는, 위치 감지부(235)로 부터 입력되는 회전자의 위치 신호(H)에 기초하여, 속도(
Figure pat00001
)를 연산할 수 있다. 즉, 위치 신호에 기반하여, 시간에 대해, 나누면, 속도를 연산할 수 있게 된다.
한편, 속도 연산부(520)는, 입력되는 회전자의 위치 신호(H)에 기초하여 연산된 위치(
Figure pat00002
)와 연산된 속도(
Figure pat00003
)를 출력할 수 있다.
한편, 전류 지령 생성부(530)는, 연산 속도(
Figure pat00004
)와 속도 지령치(ω* r)에 기초하여, 전류 지령치(i* q)를 생성한다. 예를 들어, 전류 지령 생성부(530)는, 연산 속도(
Figure pat00005
)와 속도 지령치(ω* r)의 차이에 기초하여, PI 제어기(535)에서 PI 제어를 수행하며, 전류 지령치(i* q)를 생성할 수 있다. 도면에서는, 전류 지령치로, q축 전류 지령치(i* q)를 예시하나, 도면과 달리, d축 전류 지령치(i* d)를 함께 생성하는 것도 가능하다. 한편, d축 전류 지령치(i* d)의 값은 0으로 설정될 수도 있다.
한편, 전류 지령 생성부(530)는, 전류 지령치(i* q)가 허용 범위를 초과하지 않도록 그 레벨을 제한하는 리미터(미도시)를 더 구비할 수도 있다.
다음, 전압 지령 생성부(540)는, 축변환부에서 2상 회전 좌표계로 축변환된 d축, q축 전류(id,iq)와, 전류 지령 생성부(530) 등에서의 전류 지령치(i* d,i* q)에 기초하여, d축, q축 전압 지령치(v* d,v* q)를 생성한다. 예를 들어, 전압 지령 생성부(540)는, q축 전류(iq)와, q축 전류 지령치(i* q)의 차이에 기초하여, PI 제어기(544)에서 PI 제어를 수행하며, q축 전압 지령치(v* q)를 생성할 수 있다. 또한, 전압 지령 생성부(540)는, d축 전류(id)와, d축 전류 지령치(i* d)의 차이에 기초하여, PI 제어기(548)에서 PI 제어를 수행하며, d축 전압 지령치(v* d)를 생성할 수 있다. 한편, d축 전압 지령치(v* d)의 값은, d축 전류 지령치(i* d)의 값은 0으로 설정되는 경우에 대응하여, 0으로 설정될 수도 있다.
한편, 전압 지령 생성부(540)는, d 축, q축 전압 지령치(v* d,v* q)가 허용 범위를 초과하지 않도록 그 레벨을 제한하는 리미터(미도시)를 더 구비할 수도 있다.
한편, 생성된 d축, q축 전압 지령치(v* d,v* q)는, 축변환부(550)에 입력된다.
축변환부(550)는, 속도 연산부(520)에서 연산된 위치(
Figure pat00006
)와, d축, q축 전압 지령치(v* d,v* q)를 입력받아, 축변환을 수행한다.
먼저, 축변환부(550)는, 2상 회전 좌표계에서 2상 정지 좌표계로 변환을 수행한다. 이때, 속도 연산부(520)에서 연산된 위치(
Figure pat00007
)가 사용될 수 있다.
그리고, 축변환부(550)는, 2상 정지 좌표계에서 3상 정지 좌표계로 변환을 수행한다. 이러한 변환을 통해, 축변환부(1050)는, 3상 출력 전압 지령치(v*a,v*b,v*c)를 출력하게 된다.
스위칭 제어 신호 출력부(560)는, 3상 출력 전압 지령치(v*a,v*b,v*c)에 기초하여 펄스폭 변조(PWM) 방식에 따른 인버터용 스위칭 제어 신호(Sic)를 생성하여 출력한다.
출력되는 인버터 스위칭 제어 신호(Sic)는, 게이트 구동부(미도시)에서 게이트 구동 신호로 변환되어, 인버터(420) 내의 각 스위칭 소자의 게이트에 입력될 수 있다. 이에 의해, 인버터(420) 내의 각 스위칭 소자들(Sa,S'a,Sb,S'b,Sc,S'c)이 스위칭 동작을 하게 된다.
도 6은 도 4의 모터에 공급되는 교류 전류의 일예를 보여주는 도면이다.
도면을 참조하면, 인버터(420)의 스위칭 동작에 따라, 모터(230)에 흐르는 전류는 도면과 같이 예시된다.
구체적으로 설명하면, 모터(230)의 동작 구간은, 초기동작 구간인 기동운전 구간(T1)과, 초기 기동 운전 이후의 통상운전 구간(T3)으로 나누어질 수 있다.
기동운전 구간(T1)은, 모터(230)에 일정 전류를 인가하는 모터 정렬(align) 구간이라 명명할 수도 있다. 즉, 정지된 모터(230)의 회전자를 일정 위치로 정렬시키기 위해, 인버터(420)의 세 개의 상암 스위칭 소자 중 어느 하나의 스위칭 소자가 온되고, 온 되는 상암 스위칭 소자와 쌍을 이루지 않는 나머지 두 개의 하암 스위칭 소자가 온 된다.
일정 전류의 크기는 수 A 일 수 있다. 이러한 일정 전류를 전동기에 공급하도록 하기 위해, 인버터 제어부(430)는 인버터(420)에 기동 스위칭 제어 신호(Sic)를 인가할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예와 관련하여, 기동운전 구간(T1)은, 제1 크기의 전류값이 인가되는 구간과, 제2 크기의 전류값이 인가되는 구간으로 구분될 수도 있다.
초기기동 구간(T1)과 통상운전 구간(T3) 사이에, 전동기의 속도를 강제로 상승시키는 강제가속 구간(T2)이 더 위치할 수 있다. 이 구간(T2)은, 모터(230)에 흐르는 전류(io)를 피드백 없이, 속도 지령에 맞추어 모터(230)의 속도가 상승하는 구간으로서, 인버터 제어부(430)는, 해당하는 스위칭 제어 신호(Sic)를 출력할 수 있다. 강제가속 구간(T2)에는, 도 5에서 설명한 피드백 제어, 즉 벡터 제어가 수행되지 않게 된다.
통상운전 구간(T3)은, 검출되는 출력전류(io)를 피드백하여, 도 5에서 설명한 바와 같이, 출력전류(io)에 기초하여, 인버터 제어부(430) 내에서 제어 처리함으로써, 소정 주파수를 갖는 교류 전원을 모터(230)에 인가할 수 있다. 이러한 피드백 제어를 다른 용어로벡터 제어라 명명할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에에 따르면, 가속 회전 구간과 등속 회전 구간은, 통상 운전 구간(T3) 내에 포함될 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동장치의 내부 블록도의 일예이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동장치(220)는, 도 4의 모터 구동부(220)에 대응할 수 있다.
한편, 도면을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 모터 구동장치(220)는, 입력 교류 전원을 직류 전원으로 변환하여 dc단에 출력하는 컨버터(410)와, dc단에 접속되며, 컨버터(410)로부터의 직류 전원을 저장하는 dc단 커패시터(C)와, 복수의 상암 스위칭 소자와 하암 스위칭 소자를 구비하며, 스위칭 동작에 의해, dc단 커패시터(C)로부터의 직류 전원을 교류 전원으로 변환하고, 변환된 교류 전원을 모터(230)에 출력하는 인버터(420)와, 인버터(420)를 제어하는 인버터 제어부(430)를 구비하고, 인버터 제어부(430)는, 모터(230)의 정지시 토크 발생이 되지않도록, 토크분 전류 지령치는 영으로 설정하고, 일정값의 자속분 전류 지령치를 이용하여, 모터(230)를 구동하며, 모터(230)에 흐르는 전류와 모터(230)에서 유발되는 전압에 기초하여, 모터(230)의 고정자 저항을 연산하며, 연산된 모터(230)의 고정자 저항에 기초하여, 모터(230)의 고정자 인덕턴스와, 모터(230)의 고정자 쇄교 자속을 추정함으로써, 모터(230) 상수를 간단하고 정확하게 연산할 수 있게 된다. 나아가, 모터(230) 구동을 안정적으로 수행할 수 있게 된다.
한편, 위치 감지부로부터의 위치 신호에 대해 정확성을 높일 수 있어, 모터(230) 구동을 안정적으로 수행할 수 있게 된다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 모터 구동장치(220)는, 입력 교류 전원을 직류 전원으로 변환하여 dc단에 출력하는 컨버터(410)와, dc단에 접속되며, 컨버터(410)로부터의 직류 전원을 저장하는 dc단 커패시터(C)와, 복수의 상암 스위칭 소자와 하암 스위칭 소자를 구비하며, 스위칭 동작에 의해, dc단 커패시터(C)로부터의 직류 전원을 교류 전원으로 변환하고, 변환된 교류 전원을 모터(230)에 출력하는 인버터(420)와, 인버터(420)를 제어하는 인버터 제어부(430)를 구비하고, 인버터 제어부(430)는, 자속분 전류 지령치를 영으로 설정하고 토크분 전류 지령치를 이용하여 모터(230)를 구동하며, 모터(230)의 자속분 전압, 자속분 전류에 기초하여, 모터(230)의 고정자 인덕턴스를 연산하며, 모터(230)의 고정자 인덕턴스에 기초하여, 모터(230)의 고정자 저항, 및 모터(230)의 고정자 쇄교 자속을 추정함으로써, 모터(230) 상수를 간단하고 정확하게 연산할 수 있게 된다. 나아가, 모터(230) 구동을 안정적으로 수행할 수 있게 된다.
한편, 도면을 참조하면, 인버터 제어부(430)는, 전압 방정식과 운동 방정식을 연산하고, 이에 기초하여, 모터(230)의 고정자 저항, 모터(230)의 고정자 인덕턴스, 및 모터(230)의 고정자 쇄교 자속및 모터(230)의 고정자 쇄교 자속을 연산 또는 추정하는 연산부(431), 연산된 모터 상수에 기초하여, 포량 및 편심량을 감지하는 감지부(432), 및 세탁수의 수위, 및 세탁 운전 시간을 결정하는 결정부(433)를 구비할 수 있다.
이에 따라, 세탁물 처리기기(100)의 포량 감지, 편심량 감지, 수위 감지, 세탁 시간 연산의 정확도를 높일 수 있게 된다.
도 8은 세탁물 처리기기의 구동시 모터 저항, 모터 인덕턴스, 역기전력이 감지되는 구간을 도시한 도면이다.
도면을 참조하면, Ta tlwjadp 세탁물이 투입되며, Tb에 세탁수가 투입될 수 있다.
Pa 구간은 세탁 행정(구간)을 나타내며, Pb 구간은 헹굼 행정(구간)을 나타내며, Pc 구간은 탈수 행정(구간)을 나타낼 수 있다.
세탁, 헹굼, 탈수를 위해, 도면과 같이, 모터(230)가 정속 회전하거나, 가속되거나, 감속될 수 있다.
한편, 제어부(210) 또는 인버터 제어부(430)는, 모터(230)가 정속 회전하거나, 가속되거나, 감속될 때, 모터 상수, 및 모터에서 유발되는 역기전력을 연산할 수 있다.
여기서, 모터 상수는, 모터의 고정자 저항, 고정자 인덕턴스, 고정자 쇄교 자속을 나타낼 수 있다.
특히, 도면에서, Ar1a, Ar1b, Ar1c 구간과 같이, 모터(230)가 정지되는 구간에, 모터의 고정자 저항을 연산할 수 있다. 이에 대해서는, 도 10 이하를 참조하여 보다 상세히 기술한다.
다음, 도면에서, Ar2a, Ar2b, Ar2c, Ar2d, Ar2e, Ar2f, Ar2g, Ar2h, Ar2i, Ar2j, Ar2k, Ar2l 구간과 같이, 모터(230)가 등속 회전하는 구간에, 모터의 고정자 인덕턴스를 연산할 수 있다. 이에 대해서는, 도 12 이하를 참조하여 보다 상세히 기술한다.
도 9는 모터 상수에 기반한 세탁물 처리기기의 포량 감지 및 편심량 감지를 설명하기 위해 참조되는 도면이다.
도면을 참조하면, 세탁물 처리기기(100)에서의 포량 및 편심량 감지의 산포는, 모터 상수(모터의 고정자 저항, 고정자 인덕턴스, 역기전력)의 산포, 인버터(모터에 흐르는 출력 전류 및 전압)의 산포, 및 시스템 상수의 산포의 합에 대응할 수 있다.
결국, 세탁물 처리기기(100)에서의 포량 및 편심량 감지의 산포를 저감하기 위해, 모터 상수(모터의 고정자 저항, 고정자 인덕턴스, 역기전력)의 산포, 인버터(모터에 흐르는 출력 전류 및 전압)의 산포, 및 시스템 상수의 산포를 각각 저감하는 것이 바람직하다.
특히, 본 발명에서는, 모터 상수(모터의 고정자 저항, 고정자 인덕턴스, 역기전력)의 산포가 저감되도록, 모터 상수의 연산시의 정확성을 향상시키는 기법을 제안한다. 이에 대해서는, 도 10 이하를 참조하여 기술한다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 모터 구동장치의 동작 방법을 보여주는 순서도이고, 도 11a 내지 도 11b는 도 10의 동작방법을 설명하기 위해 참조되는 도면이다.
도면을 참조하면, 모터 구동장치(220)의 인버터 제어부(430)는, 먼저, 모터의 고정자 저항(Rs)을 연산하고(S1010), 그 다음, 연산된 모터의 고정자 저항(Rs)에 기초하여, 모터의 고정자 인덕턴스(Ls), 및 모터의 고정자 쇄교자속(λm)을 추정할 수 있다(S1020).
구체적으로, 인버터 제어부(430)는, 모터의 정지시 토크 발생이 되지않도록, 토크분 전류 지령치는 영으로 설정하고, 일정값의 자속분 전류 지령치를 이용하여, 모터를 구동하며, 모터에 흐르는 전류와 모터에서 유발되는 전압에 기초하여, 모터의 고정자 저항(Rs)을 연산하며, 연산된 모터의 고정자 저항(Rs)에 기초하여, 모터의 고정자 인덕턴스(Ls)와, 모터의 고정자 쇄교 자속(λm)을 추정할 수 있다.
한편, 인버터 제어부(430)는, 모터의 자속분 고정자 전압 방정식에 기초하여, 모터의 고정자 인덕턴스(Ls)를 추정하며, 모터의 토크분 고정자 전압 방정식에 기초하여, 모터의 고정자 쇄교 자속(λm)을 추정할 수 있다.
한편, 인버터 제어부(430)는, 모터의 자속분 고정자 전압 방정식, 및 비례 적분(PI) 제어기에 기초하여, 모터의 고정자 인덕턴스(Ls)의 역수를 추정하며, 모터의 토크분 고정자 전압 방정식, 및 비례 적분(PI) 제어기에 기초하여, 모터의 고정자 쇄교 자속(λm)을 추정할 수 있다.
다음의 수학식 1은, 모터의 자속분 고정자 전압 방정식을 예시한다.
Figure pat00008
여기서, vds는 모터의 자속분 고정자 전압을 나타내며, Rs는 모터의 고정자 저항을 나타내며, ids는 모터의 자속분 전류를 나타내며, Ls는 모터의 고정자 인덕턴스를 나타내며, w는 모터의 속도를 나타내며, λqs는 모터의 토크분 쇄교 자속을 나타낸다.
다음의 수학식 2는, 모터의 토크분 고정자 전압 방정식을 예시한다.
Figure pat00009
여기서, vqs는 모터의 토크분 고정자 전압을 나타내며, Rs는 모터의 고정자 저항을 나타내며, iqs는 모터의 토크분 전류를 나타내며, Ls는 모터의 고정자 인덕턴스를 나타내며, w는 모터의 속도를 나타내며, λds는 모터의 자속분 쇄교 자속을 나타내며, λm는 모터의 쇄교 자속을 나타낸다.
한편, 수학식 1, 및 2를 상태 방정식으로 정리하면, 다음의 수학식 3, 및 4와 같이 정리된다.
Figure pat00010
Figure pat00011
한편, 인버터 제어부(430)는, 모터의 정지시 토크 발생이 되지않도록, 토크분 전류 지령치(i*q)는 영으로 설정하고, 일정값의 자속분 전류 지령치(i*d)를 이용하여, 모터를 구동하며, 다음의 수학식 5를 이용하여, 모터에 흐르는 전류와 모터에서 유발되는 전압에 기초하여, 모터의 고정자 저항을 연산할 수 있다.
Figure pat00012
여기서, vds는 자속분 전압을 나타내며, ids는 자속분 전류를 나타낼 수 있다.
인버터 제어부(430)는, 모터에 흐르는 출력 전류(io)를 피드백하여, 자속분 전류로 변환할 수 있으며, 모터(230)에 유발되는 전압을, 출력 전압 검출부(미도시)를 통해 검출하거나, 출력 전류에 기초하여 연산하고, 자속분 전압으로 변환할 수도 있다.
그리고, 인버터 제어부(430)는, 상기의 수학식 5에 기초하여, 모터의 고정자 저항(Rs)를 연산할 수 있다.
즉, 도 8 등에서 설명한 바와 같이, 인버터 제어부(430)는, 모터의 정지시, 검출되는 출력 전류 등에 기초하여, 모터의 고정자 저항(Rs)를 연산할 수 있다.
한편, 수학식 3을 정리하면, 다음의 수학식 6과 같이 정리할 수 있다. 즉, 추정치에 대한 방정식으로 정리될 수 있다.
Figure pat00013
한편, 인버터 제어부(430)는, 수학식 6의 추정치 방정식을 이용하여, 비례 적분 제어기를 구성할 수 있으며, 비례 적분 제어기에 기초하여, 모터의 고정자 인덕턴스(Ls)의 역수를 추정할 수 있다.
한편, 수학식 4를 정리하면, 다음의 수학식 7과 같이 정리될 수 있다. 즉, 추정치에 대한 방정식으로 정리될 수 있다.
Figure pat00014
한편, 인버터 제어부(430)는, 수학식 7의 추정치 방정식을 이용하여, 비례 적분 제어기를 구성할 수 있으며, 비례 적분 제어기에 기초하여, 모터의 고정자 쇄교 자속(λm)을 추정할 수 있다.
결국, 인버터 제어부(430)는, 연산된 모터의 고정자 저항(Rs)를 이용하여, 수학식 6을 통해, 모터의 고정자 인덕턴스(Ls)를 추정하고, 수학식 7을 통해, 모터의 고정자 쇄교 자속(λm)을 추정할 수 있다.
이와 같은 기법에 의하면, 모터의 고정자 저항(Rs), 모터의 고정자 인덕턴스(Ls), 모터의 고정자 쇄교 자속(λm)를 간단하고 정확하게 연산 또는 추정할 수 있게 된다.
도 11a는 자속분 전류 지령치(i*q)를 0.5A로 설정하고, 토크분 전류 지령치(i*d)를 0A로 설정하였을 때의, 모터(230)에 흐르는 자속분 전류(ids)의 추정 곡선과, 모터의 고정자 인덕턴스(Ls)의 추정 곡선을 예시한다. 도면을 참조하면, 모터(230)에 흐르는 자속분 전류(ids)는 대략 0이며, 모터의 고정자 인덕턴스(Ls)는, 대략 50mH인 것을 예시한다.
도 11b는 자속분 전류 지령치(i*q)를 0.5A로 설정하고, 토크분 전류 지령치(i*d)를 0A로 설정하였을 때의, 모터(230)에 흐르는 토크분 전류(iqs)의 추정 곡선과, 모터의 고정자 쇄교 자속(λm)의 추정 곡선을 예시한다. 도면을 참조하면, 모터(230)에 흐르는 토크분 전류(iqs)는 대략 0.5A이고, 모터의 고정자 쇄교 자속(λm)는, 대략 0.09v/(rad/s)인 것을 예시한다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 모터 구동장치의 동작 방법을 보여주는 순서도이고, 도 13a 내지 도 13b는 도 12의 동작방법을 설명하기 위해 참조되는 도면이다.
도면을 참조하면, 모터 구동장치(220)의 인버터 제어부(430)는, 먼저, 모터의 고정자 인덕턴스(Ls)를 연산하고(S1210), 그 다음, 연산된 모터의 고정자 인덕턴스(Ls)에 기초하여, 모터의 고정자 저항(Rs), 및 모터의 고정자 쇄교자속(λm)을 추정할 수 있다(S1220).
구체적으로, 인버터 제어부(430)는, 자속분 전류 지령치(i*d)를 영으로 설정하고 토크분 전류 지령치(i*q)를 이용하여 모터를 구동하며, 모터의 자속분 전압, 자속분 전류에 기초하여, 모터의 고정자 인덕턴스를 연산하며, 모터의 고정자 인덕턴스에 기초하여, 모터의 고정자 저항, 및 모터의 고정자 쇄교 자속을 추정할 수 있다.
한편, 인버터 제어부(430)는, 모터의 자속분 고정자 전압 방정식에 기초하여, 모터의 고정자 저항(Rs)를 추정하며, 모터의 토크분 고정자 전압 방정식에 기초하여, 모터의 고정자 쇄교 자속(λm)을 추정할 수 있다.
한편, 인버터 제어부(430)는, 모터의 자속분 고정자 전압 방정식, 및 비례 적분(PI) 제어기에 기초하여, 모터의 고정자 저항(Rs)을 추정하며, 모터의 토크분 고정자 전압 방정식, 및 비례 적분(PI) 제어기에 기초하여, 모터의 고정자 쇄교 자속(λm)을 추정할 수 있다.
한편, 인버터 제어부(430)는, 자속분 전류 지령치(i*d)를 영으로 설정하고 토크분 전류 지령치(i*q)를 이용하여 모터를 구동하는 경우, 상기의 수학식 1은, 다음의 수학식 8과 같이 정리될 수 있다.
Figure pat00015
여기서, w는 모터의 속도를 나타내며, Lds는 모터의 고정자 인덕턴스를 나타내며, vds는 모터의 자속분 전압을 나타내며, iqs는 모터의 토크분 전류를 나타낸ㄷ나.
즉, 인버터 제어부(430)는, 자속분 전류 지령치(i*d)를 영으로 설정하고 토크분 전류 지령치(i*q)를 이용하여 모터를 구동하는 경우, 모터(230)에 흐르는 출력 전류(io)를 변환하여, 모터의 토크분 전류(iqs), 모터의 자속분 전압(vds), 모터의 속도(w)를 연산하며, 이에 기초하여, 모터의 고정자 인덕턴스(Lds)를 연산할 수 있다.
한편, 상술한 모터의 자속분 전압(vds)은, 별도의 모터의 출력 전압 검출부(미도시)에서 검출된 모터의 출력 전압의 변환에 의해 연산될 수도 있다.
한편, 인버터 제어부(430)는, 연산된 모터의 고정자 인덕턴스(Ls)에 기초하여, 모터의 고정자 저항(Rs), 및 모터의 고정자 쇄교 자속(λm)을 추정할 수 있다.
상기의 수학식 3을 정리하면, 다음의 수학식 9과 같이 정리할 수 있다. 즉, 추정치에 대한 방정식으로 정리될 수 있다.
Figure pat00016
한편, 인버터 제어부(430)는, 수학식 9의 추정치 방정식을 이용하여, 비례 적분 제어기를 구성할 수 있으며, 비례 적분 제어기에 기초하여, 모터의 고정자 저항(Rs)을 추정할 수 있다.
한편, 수학식 2를 정리하면, 다음의 수학식 10과 같이 정리될 수 있다. 즉, 추정치에 대한 방정식으로 정리될 수 있다.
Figure pat00017
한편, 인버터 제어부(430)는, 수학식 10의 추정치 방정식을 이용하여, 비례 적분 제어기를 구성할 수 있으며, 비례 적분 제어기에 기초하여, 터의 고정자 쇄교 자속(λm)을 추정할 수 있다.
도 14 및 도 15는 도 4의 위치 감지부의 동작 설명을 위해 참조되는 도면이다.
먼저, 도 14는, 이상적인 위치 정보와, 위치 감지부(235)를 이용한 위치 신호에 기초하여 검출된 위치를 나타낸다.
위치 감지부(235)로, 전기적으로 한 회전당 2개의 홀 센서를 사용하는 경우, 홀 센서의 전기적 간격은 90˚이므로, 모터의 회전자의 전기적 속도를 연산하면, 다음의 수학식 11과 같을 수 있다.
Figure pat00018
여기서, calc는 홀 신호에 의해 계산한 회전자의 전기적 속도이고, e_hall은 홀 신호의 신호 간격을 나타낼 수 있다.
한편, 계산된 속도와 홀 신호의 위치 정보를 이용하면 회전자의 전기적 위치는 다음의 수학식 12와 같이 추정될 수 있다.
Figure pat00019
θe_hall은, 위치 추정값이며, Ts는 샘플링 타임을 나타낸다.
한편, 모터(230) 내의 영구 자석의 착자 불균일, 홀 센서의 오차 및 기계적인 배치 오차 등에 의해, 홀 센서 신호 간격이 정확히 전기각 90˚가 되지 못하는 경우, 위치 오차가 발생하게 된다.
본 발명에서는 이러한 점을 해결하기 위해, 인버터 제어부(430)가, 위치 감지부(235)에서 감지되는 위치 신호에 기초하여, 회전자의 속도를 연산하되, 최소 자승법(recursive least square)을 이용하여, 회전자의 속도를 추정하고, 추정된 회전자 속도에 기초하여, 회전자의 위치를 추정하는 것으로 한다.
특히, 인버터 제어부(430)는 회전자의 속도 추정시, 기계적인 배치 오차 등을 고려하여, 기계 방정식에서의 기계 파라미터 성분 등이 고려되지 않고, 회전자의 속도가 연산되도록 할 수 있다. 이에 의하면, 회전자의 속도 추정의 정확성이 향상되며, 나아가, 회전자의 위치 추정의 정확성이 향상되게 된다.
한편, 인버터 제어부(430)는, 위치 신호에 기초한, 속도 추정치, 칼만 필터를 이용한 필터링을 수행할 수 있다. 이에 의해, 회전자의 속도 추정의 정확성이 향상되며, 나아가, 회전자의 위치 추정의 정확성이 향상되게 된다.
도 15의 (a)는, 위치 감지부(235)의 위치 신호(H1)에 기반하여, 회전자 위치 추정, 및 속도 추정시, 최소 자승법(recursive least square)을 사용하지 않은 경우, 상 전류(ia1)에 왜곡이 발생하는 영역(1510)을 예시한다.
도 15의 (b)는, 위치 감지부(235)의 위치 신호(H2)에 기반하여, 회전자 위치 추정, 및 속도 추정시, 최소 자승법(recursive least square)을 사용한 경우, 상 전류(ia2)에 왜곡이 저감된 영역(1520)을 예시한다. 이에 따라, 모터(230)를 안정적으로 구동할 수 있게 된다.
한편, 모터 구동장치(220)의 인버터 제어부(430)는, 도 10 내지 도 15 등에서 기술한, 연산 또는 추정된 모터의 고정자 저항(Rs), 모터의 고정자 인덕턴스(Ls), 모터의 고정자 쇄교 자속(λm)에 기초하여, 세탁조 내의 포량 감지, 편심량 감지, 및 수위 감지, 및 세탁 시간 연산을, 정확하게 수행할 수 있게 된다. 이에 따라, 세탁물 처리기기(100)를 안정적으로 제어할 수 있게 된다.
한편, 도 1에서는 세탁물 처리기기로, 탑 로드(top load) 방식을 예시하나, 본 발명의 실시예에 따른 포량 감지 기법은, 프론트 로드(front load) 방식에도 적용 가능하다.
본 발명의 실시에에 따른 모터 구동장치, 및 세탁물 처리기기는, 상기한 바와 같이 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
한편, 본 발명의 모터 구동장치, 세탁물 처리기기의 동작방법은, 모터 구동장치, 세탁물 처리기기에 구비된 프로세서가 읽을 수 있는 기록매체에 프로세서가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 프로세서가 읽을 수 있는 기록매체는 프로세서에 의해 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.

Claims (10)

  1. 입력 교류 전원을 직류 전원으로 변환하여 dc단에 출력하는 컨버터;
    상기 dc단에 접속되며, 상기 컨버터로부터의 직류 전원을 저장하는 dc단 커패시터;
    복수의 상암 스위칭 소자와 하암 스위칭 소자를 구비하며, 스위칭 동작에 의해, 상기 dc단 커패시터로부터의 상기 직류 전원을 교류 전원으로 변환하고, 상기 변환된 교류 전원을 모터에 출력하는 인버터;
    상기 인버터를 제어하는 제어부;를 구비하고,
    상기 제어부는,
    상기 모터의 정지시 토크 발생이 되지않도록, 토크분 전류 지령치는 영으로 설정하고, 일정값의 자속분 전류 지령치를 이용하여, 상기 모터를 구동하며, 상기 모터에 흐르는 전류와 상기 모터에서 유발되는 전압에 기초하여, 상기 모터의 고정자 저항을 연산하며,
    연산된 상기 모터의 고정자 저항에 기초하여, 상기 모터의 고정자 인덕턴스와, 상기 모터의 고정자 쇄교 자속을 추정하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 모터의 자속분 고정자 전압 방정식에 기초하여, 상기 모터의 고정자 인덕턴스를 추정하며,
    상기 모터의 토크분 고정자 전압 방정식에 기초하여, 상기 모터의 고정자 쇄교 자속을 추정하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 모터의 자속분 고정자 전압 방정식, 및 비례 적분 제어기에 기초하여, 상기 모터의 고정자 인덕턴스의 역수를 추정하며,
    상기 모터의 토크분 고정자 전압 방정식, 및 비례 적분 제어기에 기초하여, 상기 모터의 고정자 쇄교 자속을 추정하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  4. 제1항에 있어서,
    소정 간격 마다, 상기 모터의 회전자 위치를 감지하는 위치 감지부;를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 위치 감지부에서 감지되는 위치 신호에 기초하여, 회전자의 속도를 연산하되, 최소 자승법을 이용하여, 상기 회전자의 속도를 추정하고, 상기 추정된 회전자 속도에 기초하여, 상기 회전자의 위치를 추정하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  5. 입력 교류 전원을 직류 전원으로 변환하여 dc단에 출력하는 컨버터;
    상기 dc단에 접속되며, 상기 컨버터로부터의 직류 전원을 저장하는 dc단 커패시터;
    복수의 상암 스위칭 소자와 하암 스위칭 소자를 구비하며, 스위칭 동작에 의해, 상기 dc단 커패시터로부터의 상기 직류 전원을 교류 전원으로 변환하고, 상기 변환된 교류 전원을 모터에 출력하는 인버터;
    상기 인버터를 제어하는 제어부;를 구비하고,
    상기 제어부는,
    자속분 전류 지령치를 영으로 설정하고 토크분 전류 지령치를 이용하여 상기 모터를 구동하며, 상기 모터의 자속분 전압, 자속분 전류에 기초하여, 상기 모터의 고정자 인덕턴스를 연산하며,
    상기 모터의 고정자 인덕턴스에 기초하여, 상기 모터의 고정자 저항, 및 상기 모터의 고정자 쇄교 자속을 추정하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 모터의 자속분 고정자 전압 방정식에 기초하여, 상기 모터의 고정자 저항을 추정하며,
    상기 모터의 토크분 고정자 전압 방정식에 기초하여, 상기 모터의 고정자 쇄교 자속을 추정하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 모터의 자속분 고정자 전압 방정식, 및 비례 적분 제어기에 기초하여, 상기 모터의 고정자 저항을 추정하며,
    상기 모터의 토크분 고정자 전압 방정식, 및 비례 적분 제어기에 기초하여, 상기 모터의 고정자 쇄교 자속을 추정하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  8. 제5항에 있어서,
    소정 간격 마다, 상기 모터의 회전자 위치를 감지하는 위치 감지부;를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 위치 감지부에서 감지되는 위치 신호에 기초하여, 회전자의 속도를 연산하되, 최소 자승법을 이용하여, 상기 회전자의 속도를 추정하고, 상기 추정된 회전자 속도에 기초하여, 상기 회전자의 위치를 추정하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  9. 세탁조;
    모터; 및
    제1항 내지 제8항 중 어느 한 항의 모터 구동장치를 구비하는 세탁물 처리기기.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 연산 또는 추정된 상기 모터의 고정자 저항, 상기 모터의 고정자 인덕턴스, 상기 모터의 고정자 쇄교 자속에 기초하여, 상기 세탁조 내의 포량 감지, 편심량 감지, 및 수위 감지, 및 세탁 시간 연산을 수행하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 세탁물 처리기기.
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