KR20170126639A - 모터 구동 제어장치 및 그의 센서리스 기동 방법 - Google Patents

모터 구동 제어장치 및 그의 센서리스 기동 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20170126639A
KR20170126639A KR1020160056918A KR20160056918A KR20170126639A KR 20170126639 A KR20170126639 A KR 20170126639A KR 1020160056918 A KR1020160056918 A KR 1020160056918A KR 20160056918 A KR20160056918 A KR 20160056918A KR 20170126639 A KR20170126639 A KR 20170126639A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
motor
current
signal
rotor
speed
Prior art date
Application number
KR1020160056918A
Other languages
English (en)
Inventor
이상률
전완재
김형수
최정령
Original Assignee
(주)모토닉
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 (주)모토닉 filed Critical (주)모토닉
Priority to KR1020160056918A priority Critical patent/KR20170126639A/ko
Publication of KR20170126639A publication Critical patent/KR20170126639A/ko

Links

Images

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
    • H02P6/06—Arrangements for speed regulation of a single motor wherein the motor speed is measured and compared with a given physical value so as to adjust the motor speed
    • 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
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/24—Vector control not involving the use of rotor position or rotor speed sensors
    • H02P21/32—Determining the initial rotor position
    • 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

Landscapes

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

Abstract

모터 구동 제어장치 및 그의 센서리스 기동 방법에 관한 것으로, 3상 BLDC 모터에 인가되는 직류전원을 3상 전압으로 변환해서 모터를 구동하는 모터 구동부, 모터의 상 전류를 측정하는 전류 측정부 및 상기 전류 측정부에서 측정된 모터의 상 전류를 이용해서 모터 기동시 모터의 회전자 위치를 검출하고, 모터의 회전자가 회전하기 시작하는 시점까지 모터의 고정자에 인가되는 여기 전압을 증가시켜 과부하 기동하도록 모터 구동부를 제어하며, 회전자가 회전하기 시작하여 미리 설정된 설정속도 이상이 되면 모터의 회전 속도에 기초해서 공간 벡터 제어 방식으로 상기 모터 구동부를 제어하는 제어부를 포함하는 구성을 마련하여, 모터 기동시 설정시간 동안 고주파 신호를 인가해서 회전자의 N극이 위치한 반구의 위치와 N극의 위치를 검출하고, 검출된 회전자의 위치에 기초해서 여기전압을 증가시켜 모터를 센서리스 기동할 수 있다는 효과가 얻어진다.

Description

모터 구동 제어장치 및 그의 센서리스 기동 방법{MOTOR DRIVE CONTROL APPARATUS AND SENSORLESS STARTING METHOD THEREOF}
본 발명은 모터 구동 제어장치 및 그의 기동 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 차량의 전동식 오일펌프 등에 적용되는 3상 브리시리스 직류 모터를 고토크 부하 환경에서 회전자의 위치를 검출하기 위한 센서 없이 기동하는 모터 구동 제어장치 및 그의 센서리스 기동 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 3상 브러시리스 직류 모터(3 Phase Brushless DC Motor, 이하 'BLDC 모터'라 함)는 일반 3상 DC 모터에서 정류자(commutator)의 역할을 수행하는 브러시를 제거하면서도 3상 DC 모터의 특성을 그대로 유지할 수 있도록 개발되었다.
BLDC 모터는 영구자석으로 이루어진 회전자와 3개의 코일, 즉 a상, b상 및 c상 코일이 권선되어 있는 고정자를 구비한다.
이러한 BLDC 모터는 고정자에 권선되어 있는 a상, b상 및 c상 코일에 3상 전류를 공급하고, 공급한 3상 전류에 따라 a상, b상 및 c상 코일이 각기 자계를 발생하여 영구자석으로 이루어진 회전자를 회전시켜 구동된다.
본 출원인은 하기의 특허문헌 1 및 특허문헌 2 등 다수에 BLDC 모터를 제어하는 기술을 개시하여 특허 출원해서 등록받은 바 있다.
여기서, BLDC 모터의 회전자의 회전속도를 정확히 제어하기 위해서는 회전자의 위치를 정확히 추정해야 한다.
즉, BLDC 모터는 회전자의 위치를 추정하고, 추정한 회전자의 위치에 따라 고정자에 권선되어 있는 a상, b상 및 c상 코일로 흐르는 전류의 방향을 전환시키는 인버터부의 스위칭 소자들이 선택적으로 온 및 오프되는 시점을 조절하여 회전자의 회전속도를 제어할 수 있다.
따라서 BLDC 모터의 구동을 제어하는 제어장치는 전기각의 매 60도 간격으로 구형파 파형의 전류를 한 번에 2개 위상에 가하여 BLDC 모터를 구동하며, 나머지 한 개의 위상은 전력을 가하지 않은 플로팅(floating) 상태로 역기전력을 관측하고, 이를 6 스텝 코뮤테이션(6-step commutation) 제어한다.
이러한 BLDC 모터의 구동을 위해서는 고정자에게 회전 자기장을 만들어 낼 수 있도록 외부에서 제어해야 하며, 고정자 코일에 토크가 최대가 되도록 전류를 공급하기 위해서는 회전자의 현재 위치에 대한 정보가 반드시 필요하다.
이를 위해, 센서나 광학 엔코더(optical encoder)를 사용하는 경우, 가격 사용의 원인되며, 이러한 센서들이 모터 구동 과정에서 감도가 떨어지고 주변 시스템의 잡음 등의 영향으로 센서가 없는 센서리스(sensorless) BLDC 모터가 사용되고 있다.
즉, 센서리스 BLDC 모터는 회전자의 위치를 파악하기 위해, 플로팅 상에서 유기된 역기전력이 '0'을 교차하는 순간인 제로 크로싱 포인트(zero-crossing point)를 감지형 회전자와 주어진 고정자 권선의 상대적 위치에 대한 정보를 검출해서 위상 정류를 동기화시키는 방법을 사용한다. 여기서, 역기전력이 '0'인 순간은 자속의 절대값이 최대인 순간을 포착하는 것과 같다.
일반적인 6 스텝 코뮤테이션 스칼라 제어의 경우, 모터 역기전력의 제로 크로싱 포인트 검출시까지 일정한 주기의 개방 루프 코뮤테이션 스텝 출력을 통해 센서리스 모터를 기동한다.
그리고 자속 기준 제어(Field-Oriented Control)로 알려진 공간 벡터 제어(Space Vector Control)의 경우, 개방 루프에서 상 전류의 점진적인 출력 증가시 회전자 자속 및 각도 관찰자로부터 모터 회전 신호 검출을 통해 센서리스 BLDC 모터를 기동한다.
대한민국 특허 등록번호 제10-1038668호(2011년 6월 2일 공고) 대한민국 특허 등록번호 제10-1307917호(2013년 9월 13일 공고)
그러나 종래기술에 따른 센서리스 BLDC 모터는 차량의 전동식 오일펌프와 같이 극저온 상태 등의 고토크 환경에서 기동하는 경우, 기동에 실패하는 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 고토크 환경에서 센서리스 BLDC 모터를 정상으로 기동할 수 있는 모터 구동 제어장치 및 그의 기동 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 모터의 구동을 제어하는 회로 구성을 간단하게 하고, 모터를 소형화하며, 제조 비용을 절감할 수 있는 모터 구동 제어장치 및 그의 기동 방법을 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 모터 구동 제어장치는 3상 BLDC 모터에 인가되는 직류전원을 3상 전압으로 변환해서 모터를 구동하는 모터 구동부, 모터의 상 전류를 측정하는 전류 측정부 및 상기 전류 측정부에서 측정된 모터의 상 전류를 이용해서 모터 기동시 모터의 회전자 위치를 검출하고, 모터의 회전자가 회전하기 시작하는 시점까지 모터의 고정자에 인가되는 여기 전압을 증가시켜 과부하 기동하도록 모터 구동부를 제어하며, 회전자가 회전하기 시작하여 미리 설정된 설정속도 이상이 되면 모터의 회전 속도에 기초해서 공간 벡터 제어 방식으로 상기 모터 구동부를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 모터 구동 제어장치의 센서리스 기동 방법은 (a) 모터 기동 전 제1 고주파 신호를 미리 설정된 제1 설정시간 동안 인가하고, 전류 검출부에서 검출된 상 전류를 이용해서 회전자의 전기각이 180도인 지점을 검출해서 회전자의 N극이 위치한 반구 위치를 검출하는 단계, (b) 제2 고주파 신호를 미리 설정된 제2 설정시간 동안 인가해서 미세한 자기저항의 변화를 이용해서 회전자 N극의 위치를 검출하는 단계 및 (c) 회전자의 N극 위치 검출이 완료되면, 변화되는 스피드 게인에 기초해서 모터의 회전자가 회전하기 시작하는 시점까지 여기 전압의 크기를 증가시켜 모터를 기동하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 모터 구동 제어장치 및 그의 센서리스 기동 방법에 의하면, 모터 기동시 설정시간 동안 고주파 신호를 인가해서 회전자의 N극이 위치한 반구의 위치와 N극의 위치를 검출하고, 검출된 회전자의 위치에 기초해서 여기전압을 증가시켜 모터를 센서리스 기동할 수 있다는 효과가 얻어진다.
이에 따라, 본 발명에 의하면, 모터 기동시 극저온 상태와 같은 고토크 부하 환경에서 고토크 기동하여 3상 BLDC 모터를 정상적으로 센서리스 기동할 수 있다는 효과가 얻어진다.
이로 인해, 본 발명에 의하면, 고토크 부하 환경에서 모터 기동이 필요한 어플리케이션에 저비용, 고 신뢰성을 제공함으로써, 제품의 제조 비용을 절감할 수 있다는 효과가 얻어진다.
또한, 본 발명에 의하면, 모터의 센서마그넷과 홀 센서 등의 회로부를 제거하여 모터와 제어기를 용이하게 일체화 및 소형화할 수 있다는 효과가 얻어진다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 모터 구동 제어장치의 구성도,
도 2는 도 1에 도시된 모터 구동 제어장치의 상세 구성도,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 모터 구동 제어장치의 센서리스 기동 방법을 단계별로 설명하는 흐름도,
도 4는 도 3에 도시된 기동 방법에 따른 측정결과 그래프.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 모터 구동 제어장치 및 그의 기동 방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
본 실시 예에서는 차량의 전동식 오일펌프에 적용되는 3상 브리시리스 직류 모터(3 Phase Brushless DC Motor, 이하 '모터'라 약칭함)의 구동을 제어하는 모터 구동 제어장치 및 그의 센서리스 기동 방법을 설명한다.
그러나 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 차량의 오일펌프뿐만 아니라, 연료펌프와 차량 이외의 다양한 기계장치에 적용되는 모터의 구동을 제어하도록 변경될 수 있음에 유의하여야 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 모터 구동 제어장치의 구성도이고, 도 2는 도 1에 도시된 모터 구동 제어장치의 상세 구성도이다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 모터 구동 제어장치(10)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 모터(11)에 인가되는 직류전원을 3상 전압으로 변환해서 모터를 구동하는 모터 구동부(12), 모터(11)의 상 전류를 측정하는 전류 측정부(13) 및 측정된 모터(11)의 상 전류를 이용해서 모터(11) 기동시 모터(11)의 회전자 위치를 검출하고, 모터(11)의 회전자가 회전하기 시작하는 시점까지 모터(11)의 고정자에 인가되는 여기 전압을 증가시켜 과부하 기동하도록 모터 구동부(12)를 제어하며, 회전자가 회전하기 시작하여 미리 설정된 설정속도 이상이 되면 모터(11)의 회전 속도에 기초해서 공간 벡터 제어 방식으로 모터 구동부(12)를 제어하는 제어부(14)를 포함한다.
모터 구동부(12)는 제어부(14)에서 발생하는 제어신호에 따라 직류전압을 갖는 구동전원을 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation, 이하 'PWM'이라 함)를 통해 임의의 가변주파수를 가진 펄스 형태의 3상 교류전압으로 변환해서 모터(11)를 구동하는 기능을 한다.
이러한 모터 구동부(12)는 도 2에 도시된 바와 같이, 제어부(14)에서 출력되는 제어신호의 전압값(Vd,Vq)을 2차원 좌표값로 변환하는 제1 좌표 변환기(21), 변환된 좌표값을 이용해서 공간 벡터를 발생하는 공간 벡터 발생기(22), 발생한 공간 벡터를 이용해서 PWM 신호 형태의 구동신호를 발생하는 PWM 드라이버(23), 모터(11)에 인가되는 구동전원을 스위칭해서 모터(11)를 구동하는 인버터(24) 및 PWM 신호 형태의 구동신호에 따라 인버터를 구동하는 스위칭 신호를 발생하는 전원 드라이버(25)를 포함할 수 있다.
제1 좌표 변환기(21)는 제어신호의 전압값을 회전자의 위치에 기초하여 회전자 좌표계에서 원점을 기준으로 파크 변환하여 동기 좌표계로 변환할 수 있다.
인버터(24)는 IGBT나 FET와 같은 ６ 개의 스위칭 소자를 이용하여 3상 풀 브리지(3-Phase Full Bridge) 방식으로 이루어지며, 모터(11)에 인가되는 약 12V의 구동전원을 3상의 구동전압(Va*, Vb*, Vc*)으로 변환하고, 이 3상의 구동전압을 스위칭해서 모터(11)를 구동하는 기능을 한다.
전류 측정부(13)는 모터(11)에 입력되는 3상의 전류, 즉 Ia, Ib, Ic를 측정하여 제어부(14)의 A/D 변환기(31)에 입력하는 기능을 하며, 공지된 방식 중 어느 하나에 의해 바람직하게 구성될 수 있다.
예를 들면, 전류 측정부(13)는 모터(11)의 3상에 각각 전류 변환기(CT)나 직렬의 션트(Shunt) 저항을 이용하여 3상 전류를 직접 검출하는 방식이나, 2개의 전류 변환기나 직렬 션트 저항으로 두 상의 전류를 검출하고 나머지 한 상의 전류는 검출된 두 상의 전류값으로 추정하는 방식 등으로 구성될 수 있다.
제어부(14)는 전류 측정부(13)에서 측정된 상 전류를 3차원 좌표계에서 2차원 회전 좌표계의 값으로 변환하는 신호 변환부(30), 변환된 좌표값을 이용해서 회전자의 N극이 위치한 반구의 위치, 즉 전기각이 180도인 지점을 검출하고 N극의 위치를 정밀 검출하며 모터(11)의 속도를 제어하는 위치 추정 및 속도 제어부(40), 모터(11) 기동시 미리 설정된 기준부하를 초과하는 과부하 기동하도록 보상신호를 출력하는 고토크 기동기(50) 그리고 위치 추정 및 속도 제어부(40)와 고토크 기동기(50)에서 출력되는 제어신호의 전류값을 이용해서 모터 구동을 제어하는 구동신호의 구동 전압을 생성하여 출력하는 전류 제어부(60)를 포함할 수 있다.
신호 변환부(30)는 전류 측정부(13)에서 측정된 상 전류를 아날로그 신호에서 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환기(31), 변환된 신호의 전류값을 3상 공간 좌표계(또는 abc 좌표계, 정지(ω=0) 좌표계)에서 회전자 좌표계(rotor reference frame)로 클라크(clarke) 변환하는 제2 좌표 변환기(32) 및 회전자 좌표계로 변환된 전류값을 회전자의 위치, 즉 기준 자속의 각도를 검출하고 자속 성분을 일치시키기 위해 기준 자속의 각도만큼 원점을 중심으로 회전시켜 d-q 동기 좌표계(또는 de-qe 좌표계, 동기(ω=ωe)로 파크(park) 변환하는 제3 좌표 변환기(33)를 포함할 수 있다.
상기 클라크 변환은 3상 공간 좌표계의 a상이 발생시키는 자속의 방향과 일치하는 α축과 그에 직교하는 β축을 갖는 2차원 좌표계인 회전자 좌표계로 변환하는 것이고, 상기 파크 변환은 회전자 좌표계로 변환된 전류값을 회전자의 위치, 즉 기준 자속의 각도를 검출하고 자속 성분을 일치시키기 위해 기준 자속의 각도만큼 원점을 중심으로 회전시켜 d-q 동기 좌표계로 변환하는 것을 말한다.
그래서 제2 좌표 변환기(32)는 상 전류 Ia, Ib, Ic를 클라크 변환해서 (Iα, Iβ)를 출력하고, 제3 좌표 변환기(33)는 파크 변환을 통해 (Id, Iq)를 출력할 수 있다.
위치 추정 및 속도 제어부(41)는 변환된 좌표값을 이용해서 회전자의 N극이 위치한 반구의 위치를 검출하고 N극의 위치를 정밀 검출하는 위치 추정기(41) 및 위치 추정기(41)와 고토크 기동기(50)의 출력신호에 따라 모터(11)의 구동속도를 제어하는 속도 제어기(42)를 포함할 수 있다.
고토크 기동기(50)는 신호 변환부(30)에서 출력되는 측정 전류, 즉 (Id, Iq)값에 따라 여기전압을 증가시켜 모터(11)의 회전 속도를 제어하도록 속도 제어기(42)와 전류 제어부(60)에 보상신호를 출력할 수 있다.
전류 제어부(60)는 모터(11) 기동시 미리 저장된 초기값과 속도 제어기(42)에서 출력되는 신호를 선택적으로 전달하는 경로 처리기(61), 경로 처리기(61)에서 전달되는 초기 전류 Iq와 신호 변환부에서 출력되는 측정 전류 Iq의 차분에 대해 PI 제어 연산을 수행하는 제1 전류 제어기(62) 및 초기 전류 Id와 신호 변환부(30)에서 출력되는 측정 전류 Id의 차분에 대해 PI 제어 연산을 수행하는 제2 전류 제어기(63)를 포함할 수 있다.
이를 위해, 경로 처리기(61)와 제1 전류 제어기(62) 사이 및 속도 제어기(42)와 제2 전류 제어기(63) 사이에는 각각 제1 및 제2 감산기(64,65)가 마련될 수 있다.
경로 처리기(61)는 모터(11) 기동시에 고부하 기동하도록 속도 제어기(50)에서 출력되는 기동 전류 Iq를 선택해서 제1 전류 제어기(62)로 전달할 수 있다.
제1 및 제2 전류 제어기(62,63)는 측정 전류 Id 및 Iq가 구동 전류 Id* 및Iq*를 추종하도록 구동 전압(Vd* 및 Vq*)을 생성한다.
여기서, 제2 전류 제어기(63)과 모터 구동부(12) 사이에는 제2 전류 제어기(63)와 고토크 기동기(50)에 출력되는 신호를 가산하는 가산기(66)가 마련될 수 있다.
제어부(14)는 모터(11) 기동 전 회전자의 N극이 위치한 반구, 즉 전기각이 180도인 위치를 찾기 위한 제1 고주파 신호를 미리 설정된 제1 설정시간 동안 인가하여 그 위치를 검출한다.
여기서, 상기 제1 고주파 신호의 주파수는 모터(11) 고정자의 시정수(R/L*10)에 의해 결정될 수 있다.
그리고 여기 주파수의 규모는 고정자 철심이 충분히 포화시킬 수 있도록 미리 설정된 포화 주파수 이상으로 설정될 수 있다.
또, 제어부(14)는 회전자 N극의 위치를 정밀하게 검출하기 위한 제2 고주파 신호를 미리 설정된 제2 설정시간 동안 인가한다.
여기서, 회전자 N극의 정밀 검출시에는 미세한 자기저항 변화를 찾아야 하므로, 앞서 회전자의 N극이 위치한 반구 검출시 인가한 신호보다 낮은 전압이어야 하며 모터(11)가 포화되지 않아야 한다.
회전자의 N극 위치를 검출한 후, 제어부(14)는 변화된 스피드 게인(Speed-gain)에 기초해서 높은 부하 토크로 잠겨있는 모터(11)의 회전자가 회전하기 시작하는 시점까지 여기 전압의 크기를 증가시킨다.
또한, 제어부(14)는 모터(11)가 회전하기 시작하여 회전속도가 미리 설정된 설정속도(RPM) 이상이 되면, 모터(11) 제어권을 과부하 기동 로직에서 공간 벡터 제어 기반 속도 제어로직으로 전환한다.
다음, 도 3을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 모터 구동 제어장치의 센서리스 기동 방법을 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 모터 구동 제어장치의 센서리스 기동 방법을 단계별로 설명하는 흐름도이고, 도 4는 도 3에 도시된 기동 방법에 따른 측정결과 그래프이다.
도 4에는 기동 토크가 0.9Nm인 모터를 기동하는 과정이 예시되어 있다.
도 3의 S10단계에서 제어부(14)는 모터(11)를 기동하기 이전에 회전자의 위치를 검출하기 위위, 제1 고주파 신호를 미리 설정된 제1 설정시간 동안 인가하고, 전기각이 180도인 위치를 회전자의 N극이 위치한 반구의 위치를 검출한다(S12).
여기서, 상기 제1 고주파 신호의 주파수는 모터(11) 고정자의 시정수(R/L*10)에 의해 결정될 수 있다. 그리고 여기 주파수의 규모는 고정자 철심이 충분히 포화시킬 수 있도록 미리 설정된 포화 주파수 이상으로 설정될 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 고주파 신호의 주파수는 약 1㎑로 설정되고, 상기 제1 설정시간은 약 0.3 내지 0.5초로 설정될 수 있다.
S14단계에서 제어부(14)는 회전자 N극의 위치를 정밀하게 검출하기 위해, 제 고주파 신호를 미리 설정된 제2 설정시간 동안 인가한다.
여기서, 회전자 N극의 정밀 검출시에는 미세한 자기저항 변화를 찾아야 하므로, 앞서 회전자의 N극이 위치한 반구 검출시 인가한 신호보다 낮은 전압이어야 하며 모터(11)가 포화되지 않아야 한다.
이를 위해, 상기 제2 고주파 신호의 주파수는 제1 고주파 신호의 주파수보다 낮게 설정되고, 상기 제2 설정시간은 약 0.3 내지 0.5초로 설정될 수 있다.
S16단계에서 제어부(14)는 전류 측정부(13)에서 측정되는 전류값을 이용해서 회전자의 N극 위치를 정밀하게 검출한다.
회전자의 N극 위치를 검출한 후, S18단계에서 제어부(14)는 변화되는 스피드 게인(Speed-gain)에 기초해서 높은 부하 토크로 잠겨있는 모터(11)의 회전자가 회전하기 시작하는 시점까지 여기 전압의 크기를 증가시킨다.
여기서, 모터에 전류가 인가되는 전류는 시작점에서 약 10A로 설정되고, 여기 전압을 증가시키도록 최대값, 예컨대 약 60A까지 점차적으로 증가할 수 있다.
이와 같이, 본 발명은 모터 기동시 설정시간 동안 고주파 신호를 인가해서 회전자의 N극이 위치한 반구의 위치와 N극의 위치를 검출하고, 검출된 회전자의 위치에 기초해서 여기전압을 증가시켜 모터를 센서리스 기동할 수 있다.
이에 따라, 본 발명은 모터 기동시 극저온 상태와 같은 고토크 부하 환경에서 고토크 기동하여 3상 BLDC 모터를 정상적으로 센서리스 기동할 수 있다.
이로 인해, 본 발명은 고토크 부하 환경에서 모터 기동이 필요한 어플리케이션에 저비용, 고 신뢰성을 제공함으로써, 제품의 제조 비용을 절감할 수 있다.
또한, 본 발명은 모터의 센서마그넷과 홀 센서 등의 회로부를 제거하여 모터와 제어기를 용이하게 일체화 및 소형화할 수 있다.
S20단계에서 제어부(14)는 모터(11)가 회전하기 시작하여 회전속도가 미리 설정된 설정속도(rpm) 이상인지를 검사하고, 검사결과 회전속도가 설정속도 이상이 되면, 모터(11) 제어권을 과부하 기동 로직에서 공간 벡터 제어 기반 속도 제어로직으로 전환한다(S22).
상기한 바와 같은 과정을 통하여, 본 발명은 모터 기동시 설정시간 동안 고주파 신호를 인가해서 회전자의 N극이 위치한 반구의 위치와 N극의 위치를 검출하고, 검출된 회전자의 위치에 기초해서 여기전압을 증가시켜 모터를 고토크로 기동할 수 있다.
이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.
상기의 실시 예에서는 차량의 전동식 오일펌프에 적용되는 3상 BLDC 모터의 구동을 제어하는 모터 구동 제어장치 및 그의 센서리스 기동 방법을 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 차량의 오일펌프뿐만 아니라, 연료펌프와 차량 이외의 다양한 기계장치에 적용되는 모터의 구동을 제어하도록 변경될 수 있다.
본 발명은 고토크 환경에서 BLDC 모터를 정상으로 센서리스 기동할 수 있는 모터 구동 제어장치 및 그의 기동 방법 기술에 적용된다.
10: 모터 구동 제어장치
11: 모터 12: 모터 구동부
13: 전류 측정부 14: 제어부
21: 제1 변환기 22: 공간벡터 발생기
23: PWM 드라이버 24: 전원 드라이버
30: 신호 변환부 31: A/D 변환기
32: 제2 좌표 변환기 33: 제3 좌표 변환기
40: 위치 추정 및 속도 제어부 41: 위치 추정기
42: 속도 제어기 50: 고토크 기동기
60: 전류 제어부 61: 경로 처리기
62: 제1 전류 제어기 63: 제2 전류 제어기

Claims (9)

  1. 3상 BLDC 모터에 인가되는 직류전원을 3상 전압으로 변환해서 모터를 구동하는 모터 구동부,
    모터의 상 전류를 측정하는 전류 측정부 및
    상기 전류 측정부에서 측정된 모터의 상 전류를 이용해서 모터 기동시 모터의 회전자 위치를 검출하고, 모터의 회전자가 회전하기 시작하는 시점까지 모터의 고정자에 인가되는 여기 전압을 증가시켜 과부하 기동하도록 모터 구동부를 제어하며, 회전자가 회전하기 시작하여 미리 설정된 설정속도 이상이 되면 모터의 회전 속도에 기초해서 공간 벡터 제어 방식으로 상기 모터 구동부를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 제어장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 전류 측정부에서 측정된 상 전류를 3차원 좌표계에서 2차원 회전 좌표계의 값으로 변환하는 신호 변환부,
    변환된 좌표값을 이용해서 회전자의 N극이 위치한 반구의 위치를 검출하고 N극의 위치를 정밀 검출하며 모터의 속도를 제어하는 위치 추정 및 속도 제어부,
    모터 기동시 미리 설정된 기준부하를 초과하는 과부하 기동하도록 보상신호를 출력하는 고토크 기동기 그리고
    상기 위치 추정 및 속도 제어부와 고토크 기동기에서 출력되는 제어신호의 전류값을 이용해서 모터 구동을 제어하는 구동신호의 구동 전압을 생성하여 출력하는 전류 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 제어장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 신호 변환부는 상기 전류 측정부에서 측정된 상 전류를 아날로그 신호에서 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환기,
    변환된 신호의 전류값을 3상 공간 좌표계에서 회전자 좌표계로 클라크 변환하는 제2 좌표 변환기 및
    상기 회전자 좌표계로 변환된 전류값을 회전자의 위치, 즉 기준 자속의 각도를 검출하고 자속 성분을 일치시키기 위해 기준 자속의 각도만큼 원점을 중심으로 회전시켜 d-q 동기 좌표계로 변환하는 제3 좌표 변환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 제어장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 위치 추정 및 속도 제어부는 변환된 좌표값을 이용해서 회전자의 N극이 위치한 반구의 위치를 검출하고 N극의 위치를 정밀 검출하는 위치 추정기 및
    상기 위치 추정기와 고토크 기동기의 출력신호에 따라 모터의 구동속도를 제어하는 속도 제어기를 포함하고,
    상기 고토크 기동기는 상기 신호 변환부에서 출력되는 측정 전류에 기초해서 모터의 회전 속도를 제어하도록 여기 전압을 증가시켜 상기 속도 제어기와 전류 제어부에 보상신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 제어장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 전류 제어부는
    모터 기동시 미리 저장된 초기값과 상기 속도 제어기에서 출력되는 신호를 선택적으로 전달하는 경로 처리기,
    상기 경로 처리기에서 전달되는 초기 전류 Iq와 상기 신호 변환부에서 출력되는 측정 전류 Iq의 차분에 대해 PI 제어 연산을 수행하는 제1 전류 제어기 및
    초기 전류 Id와 상기 신호 변환부에서 출력되는 측정 전류 Id의 차분에 대해 PI 제어 연산을 수행하는 제2 전류 제어기를 포함하는 것을 특징을 하는 모터 구동 제어장치.
  6. 제2항에 있어서, 상기 모터 구동부는
    상기 제어부에서 출력되는 제어신호의 전압값을 2차원 좌표값로 변환하는 제1 좌표 변환기,
    변환된 좌표값을 이용해서 공간 벡터를 발생하는 공간 벡터 발생기,
    발생한 공간 벡터를 이용해서 PWM 신호 형태의 구동신호를 발생하는 PWM 드라이버,
    모터에 인가되는 구동전원을 스위칭해서 모터를 구동하는 인버터 및
    상기 PWM 신호 형태의 구동신호에 따라 상기 인버터를 구동하는 스위칭 신호를 발생하는 전원 드라이버를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 제어장치.
  7. (a) 모터 기동 전 제1 고주파 신호를 미리 설정된 제1 설정시간 동안 인가하고, 전류 검출부에서 검출된 상 전류를 이용해서 회전자의 전기각이 180도인 지점을 검출해서 회전자의 N극이 위치한 반구 위치를 검출하는 단계,
    (b) 제2 고주파 신호를 미리 설정된 제2 설정시간 동안 인가해서 미세한 자기저항의 변화를 이용해서 회전자 N극의 위치를 검출하는 단계 및
    (c) 회전자의 N극 위치 검출이 완료되면, 변화되는 스피드 게인에 기초해서 모터의 회전자가 회전하기 시작하는 시점까지 여기 전압의 크기를 증가시켜 모터를 기동하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 제어장치의 센서리스 기동 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    (d) 모터가 기동되어 미리 설정된 설정속도 이상으로 회전하면, 모터 제어권을 과부하 기동 로직에서 공간 벡터 제어 기반 속도 제어로직으로 전환하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 제어장치의 센서리스 기동방법.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서,
    상기 제1 고주파 신호의 주파수는 모터 고정자의 시정수에 의해 결정되고,
    여기 주파수의 규모는 고정자 철심이 포화되도록 미리 설정된 포화 주파수 이상으로 설정되며,
    상기 제2 고주파 신호의 주파수는 고정자 철심이 비 포화되도록, 상기 제1 고주파 신호의 주파수보다 낮게 설정되는 것을 특징으로 하는 모터 구동 제어장치의 센서리스 기동방법.
KR1020160056918A 2016-05-10 2016-05-10 모터 구동 제어장치 및 그의 센서리스 기동 방법 KR20170126639A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160056918A KR20170126639A (ko) 2016-05-10 2016-05-10 모터 구동 제어장치 및 그의 센서리스 기동 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160056918A KR20170126639A (ko) 2016-05-10 2016-05-10 모터 구동 제어장치 및 그의 센서리스 기동 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20170126639A true KR20170126639A (ko) 2017-11-20

Family

ID=60809454

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020160056918A KR20170126639A (ko) 2016-05-10 2016-05-10 모터 구동 제어장치 및 그의 센서리스 기동 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20170126639A (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3783794A1 (en) * 2019-08-22 2021-02-24 LG Electronics Inc. -1- Method and apparatus for detecting rotor magnetic pole position in a single-phase bldc motor
KR20210098258A (ko) 2020-01-31 2021-08-10 국민대학교산학협력단 무부하 환경에서 영구자석 동기 전동기의 회전자의 초기 위치를 검출하는 방법 및 장치

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3783794A1 (en) * 2019-08-22 2021-02-24 LG Electronics Inc. -1- Method and apparatus for detecting rotor magnetic pole position in a single-phase bldc motor
US11283379B2 (en) 2019-08-22 2022-03-22 Lg Electronics Inc. Method and apparatus for detecting rotor magnetic pole position in a single-phase BLDC motor
KR20210098258A (ko) 2020-01-31 2021-08-10 국민대학교산학협력단 무부하 환경에서 영구자석 동기 전동기의 회전자의 초기 위치를 검출하는 방법 및 장치
US11677342B2 (en) 2020-01-31 2023-06-13 Kookmin University Industry Academy Cooperation Foundation Method and device for detecting initial position of rotor of permanent magnet synchronous motor in no-load environment

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5853097B2 (ja) 三相同期電動機駆動装置、一体型三相同期電動機、位置決め装置およびポンプ装置
US9825579B2 (en) Temperature estimating apparatus for synchronous motor
TWI559672B (zh) 角度估計控制系統
KR101201908B1 (ko) 동기 릴럭턴스 모터의 제어 장치 및 방법
JP2008086129A (ja) 交流電動機の制御装置および定数測定装置
EP3179624B1 (en) Position sensorless permanent magnet electrical machine
JP2005323490A (ja) 永久磁石式同期モータ装置およびコントローラ
TWI525981B (zh) 用於永磁電動機的無感測器式磁場導向控制系統、方法和設備
KR101225165B1 (ko) 센서리스 영구자석 동기모터의 기동제어방법
JP4211133B2 (ja) 永久磁石式同期電動機のセンサレス制御システム
KR101448677B1 (ko) Bldc 모터의 회전자 위치 추정 장치 및 방법
JP4590761B2 (ja) 永久磁石形同期電動機の制御装置
Song et al. Sensorless control of surface permanent magnet synchronous motor using a new method
KR20170126639A (ko) 모터 구동 제어장치 및 그의 센서리스 기동 방법
JP4670162B2 (ja) 同期電動機の制御装置
JP5405224B2 (ja) モータ駆動装置、及びモータに備えられたロータの相対位置の判別方法
KR20180082128A (ko) 상전압 검출을 이용한 브러시리스 직류모터 기동 제어방법 및 장치
JP2007089336A (ja) 電動機付ターボチャージャ用回転検出装置及び電動機付ターボチャージャの回転検出方法
Matsushita et al. Sine-wave drive for PM motor controlling phase difference between voltage and current by detecting inverter bus current
JP7077032B2 (ja) 三相同期電動機の制御装置
KR101597244B1 (ko) 모터의 제어방법
Morimoto et al. Mechanical sensorless drives of IPMSM with online parameter identification
JP4752124B2 (ja) 永久磁石型同期モータの磁極推定装置
US11031892B2 (en) Apparatus and method for detecting overload of BLDC motor
JP2019037016A (ja) 三相同期電動機の制御装置並びにそれを用いる電動パワーステアリング装置

Legal Events

Date Code Title Description
E601 Decision to refuse application