KR20200033060A - 모터 구동 장치 및 그 동작방법 - Google Patents

모터 구동 장치 및 그 동작방법 Download PDF

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    • 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
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Abstract

본 발명은, 여자 신호 입력 시, 모터 회전자의 위치에 대응하는 제1 및 제2 진폭 변조 신호를 출력하는 레졸버, 상기 제1 및 제2 진폭 변조 신호와, 상기 여자 신호를 기반으로, 상기 제1 진폭 변조 신호의 제1 위상 지연값 및 상기 제2 진폭 변조 신호의 제2 위상 지연값을 출력하는 위상 지연 출력부 및 상기 제1 및 제2 진폭 변조 신호와, 상기 제1 및 제2 위상 지연값을 기반으로, 상기 모터 회전자의 위치를 연산하는 모터 구동부를 포함하는 모터 구동 장치를 제공한다.

Description

모터 구동 장치 및 그 동작방법{Motor driving apparatus and the operating method}
본 발명은 모터 구동 장치 및 그 동작방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 모터 회전자의 위치를 연산하기 용이한 모터 구동 장치 및 그 동작방법에 관한 것이다.
최근, 전자 및 기계 분야의 기술 발전에 힘입어 전동기, 회전형 자동화 및 제어기기 분야도 다양한 발전이 이루어지고 있다.
전동기, 회전형 자동화 및 제어기기에서 각 변위를 검출하는 용도로 사용되는 레졸버(Resolver)는 일정의 변압기로써, 벡터를 그 좌표성분으로 분해 또는 합성하는 장치이다.
정현파 신호인 여자 신호가 입력되는 레졸버는 저항 및 인덕터 등의 영향으로 레졸버로 입력되는 여자 신호와 레졸버에서 출력되는 진폭 변조 신호 사이에 위상 지연이 발생하게 된다.
도 1은 일반적으로 레졸버의 입력 전압과 출력 전압 사이의 위상 지연 현상을 설명하기 위한 그래프이다.
도 1은 레졸버로 입력되는 여자신호(Vin) 및 레졸버에서 출력되는 진폭 변조 신호(Vsin)를 나타낸다.
레졸버에서 출력되는 진폭 변조 신호(Vsin)는 레졸버로 입력되는 여자신호(Vin)에 델타(δ)만큼의 위상 지연이 발생한다.
레졸버의 권선은 인덕턴스 성분과 함께 저항 성분이 존재하므로, 레졸버의 진폭 변조 신호(Vsin)는 위상 지연이 발생하게 된다.
이에 따라, 위상 지연이 발생된 레졸버의 진폭 변조 신호(Vsin)를 디지털 변환하더라도, 레졸버의 변위 특성을 정확하게 파악하기 어려우며, 그에 따라 모터 회전자의 위치를 정확하게 파악하기 어려운 문제점이 있다.
본 발명의 목적은, 레졸버에서 출력되는 진폭 변조 신호의 위상 지연값을 연산하여, 모터 회전자의 위치를 정확하게 연산할 수 있는 모터 구동 장치 및 그 동작방법을 제공함에 있다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 모터 구동 장치는, 여자 신호 입력 시, 모터 회전자의 위치에 대응하는 제1 및 제2 진폭 변조 신호를 출력하는 레졸버, 상기 제1 및 제2 진폭 변조 신호와, 상기 여자 신호를 기반으로, 상기 제1 진폭 변조 신호의 제1 위상 지연값 및 상기 제2 진폭 변조 신호의 제2 위상 지연값을 출력하는 위상 지연 출력부 및 상기 제1 및 제2 진폭 변조 신호와, 상기 제1 및 제2 위상 지연값을 기반으로, 상기 모터 회전자의 위치를 연산하는 모터 구동부를 포함할 수 있다.
상기 제1 진폭 변조 신호는, SIN 파형이며, 상기 제2 진폭 변조 신호는, 상기 제1 진폭 변조 신호와 90°의 위상차를 갖는 COS 파형일 수 있다.
상기 위상 지연 출력부는, 상기 제1 위상 지연값을 출력하는 제1 위상 지연 출력부 및 상기 제2 위상 지연값을 출력하는 제2 위상 지연 출력부를 포함할 수 있다.
상기 제1 위상 지연 출력부는, 상기 제1 진폭 변조 신호의 한 주기 동안, 상기 제1 진폭 변조 신호의 전압레벨과 설정된 제1 기준 전압레벨을 비교하여, 상기 제1 기준 전압레벨보다 높으면 제1 하이신호를 출력하는 제1 비교부, 상기 제1 진폭 변조 신호의 한 주기 동안, 상기 제1 진폭 변조 신호의 전압레벨과 설정된 제2 기준 전압레벨을 비교하여, 상기 제2 기준 전압레벨보다 낮으면 제1 로우신호를 출력하는 제2 비교부, 상기 제1 하이신호의 시작시점부터 종료시점까지 사이의 중간 시점을 연산하고, 상기 중간 시점을 제1 정점 피크 시간값으로 출력하는 제1 연산부, 상기 제1 로우신호의 시작시점부터 종료시점까지 사이의 중간 시점을 연산하고, 상기 중간 시점을 제1 저점 피크 시간값으로 출력하는 제2 연산부 및 상기 제1 정점 피크 시간값 또는 상기 제1 저점 피크 시간값과 설정된 최초 정점 피크 시간값 또는 이전 번째 신호주기에 연산된 이전 정점 피크 시간값을 기반으로 제1 위상 지연값을 생성하는 제1 지연값 생성부를 포함할 수 있다.
상기 제1 진폭 변조 신호의 전압레벨과 상기 제1 기준 전압레벨 사이의 차이값은, 상기 제1 진폭 변조 신호의 전압레벨과 상기 제2 기준 전압레벨 사이의 차이값에 대한 절대값이 동일할 수 있다.
상기 제1 지연값 생성부는, 상기 제1 위상 지연값이 이전번째 신호주기에 연산된 위상 지연값보다 낮으면, 상기 제1 위상 지연값을 상기 위상 지연값으로 갱신할 수 있다.
상기 제2 위상 지연 출력부는, 상기 제2 진폭 변조 신호의 한 주기 동안, 상기 제2 진폭 변조 신호의 전압레벨과 설정된 제1 기준 전압레벨을 비교하여, 상기 제2 기준 전압레벨보다 높으면 제2 하이신호를 출력하는 제3 비교부, 상기 제2 진폭 변조 신호의 한 주기 동안, 상기 제2 진폭 변조 신호의 전압레벨과 설정된 제4 기준 전압레벨을 비교하여, 상기 제4 기준 전압레벨보다 낮으면 제2 로우신호를 출력하는 제4 비교부, 상기 제2 하이신호의 시작시점부터 종료시점까지 사이의 중간 시점을 연산하고, 상기 중간 시점을 제2 정점 피크 시간값으로 출력하는 제3 연산부, 상기 제2 로우신호의 시작시점부터 종료시점까지 사이의 중간 시점을 연산하고, 상기 중간 시점을 제2 저점 피크 시간값으로 출력하는 제4 연산부 및 상기 제2 정점 피크 시간값 또는 상기 제2 저점 피크 시간값과 설정된 최초 정점 피크 시간값 또는 이전 번째 신호주기에 연산된 이전 정점 피크 시간값을 기반으로 제2 위상 지연값을 생성하는 제2 지연값 생성부를 포함할 수 있다.
상기 제2 진폭 변조 신호의 전압레벨과 상기 제3 기준 전압레벨 사이의 차이값은, 상기 제2 진폭 변조 신호의 전압레벨과 상기 제4 기준 전압레벨 사이의 차이값에 대한 절대값이 동일한,상기 제2 지연값 생성부는, 상기 제2 위상 지연값이 이전번째 신호주기에 연산된 위상 지연값보다 낮으면, 상기 제2 위상 지연값을 상기 위상 지연값으로 갱신할 수 있다.
상기 모터 구동부는, 상기 제1 및 제2 위상 지연값과 상기 여자 신호를 기반으로 상기 제1 및 제2 진폭 변조 신호의 위상 지연을 보상하여 상기 모터 회전자의 위치를 연산하는 위치 연산부 및 상기 모터 회전자의 위치를 기반으로 상기 모터 회전자의 위치를 인식하여 속도를 제어하는 모터 제어부를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 모터 구동 장치의 동작방법은, 레졸버에서 출력된 제1 및 제2 진폭 변조 신호와, 상기 레졸버로 입력된 여자 신호를 수신하는 단계, 상기 제1 및 제2 진폭 변조 신호와 상기 여자 신호를 기반으로, 상기 제1 및 제2 진폭 변조 신호 중 첫번째 신호주기에 대한 최초 정점 피크 시간값을 검출하는 단계, 상기 최초 정점 피크 시간값과 상기 여자 신호의 첫번째 신호주기에 대한 기준 정점 피크 시간값를 비교하여 기준 위상 지연값을 연산 및 저장하고, 모터 구동부로 전달하는 단계와, 상기 제1 및 제2 진폭 변조 신호 각각의 두번째 신호주기부터 제1 및 제2 위상 지연값을 연산하여, 상기 모터 구동부로 전달하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제1 및 제2 위상 지연값을 연산하는 단계는, 상기 제1 및 제2 진폭 변조 신호 각각의 신호 주기에 입력된 하이 및 로우신호 각각에 대한 정점 피크 시간값 및 저점 피크 시간값을 연산하고, 상기 정점 피크 시간값 또는 상기 저점 피크 시간값과 상기 기준 정점 피크 시간값 또는 이전 번째 신호주기에 연산된 이전 정점 피크 시간값 사이의 시간 지연에 대응하는 상기 제1 및 제2 위상 지연값을 연산할 수 있다.
상기 제1 및 제2 위상 지연값을 연산 및 전달하는 단계는, 상기 제1 및 제2 위상 지연값이 상기 기준 위상 지연값 보다 크거나 또는 낮으면, 상기 제1 및 제2 위상 지연값을 상기 기준 위상 지연값으로 갱신 및 설정할 수 있다.
본 발명에 따른 모터 구동 장치 및 그 동장방법은, 레졸버로 입력되는 여자 신호 및 레졸버로부터 출력된 제1 및 제2 진폭 변조 신호를 기반으로, 실시간으로 출력되는 제1 및 제2 진폭 변조 신호의 위상 지연을 확인 및 갱신할 수 있음으로써, 모터 회전자의 위치를 인식하고 속도를 제어하기 용이한 이점이 있다.
상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.
도 1은 일반적으로 레졸버의 입력 전압과 출력 전압 사이의 위상 지연 현상을 설명하기 위한 그래프이다.
도 2는 본 발명에 따른 모터 구동 장치의 제어 구성을 나타낸 제어 블록도이다.
도 3은 도 2에 나타낸 위상 지연 출력부의 제어 구성을 나타낸 제어 블록도이다.
도 4는 도 3에 나타낸 제1 위상 지연 출력부의 동작에 대한 타이밍도이다.
도 5는 본 발명에 따른 모터 구동 장치의 동작방법을 나타낸 순서도이다.
도 6은 도 5에 나타낸 (S120) 단계를 자세하게 나타낸 순서도이다.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.
이하에서는, 실시예에 따른 모터 구동 장치 및 그 동작방법을 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명에 따른 모터 구동 장치의 제어 구성을 나타낸 제어 블록도이다.
도 2를 참조하면, 모터 구동 장치(100)는 레졸버(110), 신호 발생부(120), 위상 지연 출력부(130), 모터 구동부(140)를 포함할 수 있다.
레졸버(110)는 일종의 변압기이며, 하나의 입력 권선을 갖는 회전자 및 직각으로 배치된 두 개의 출력 권선을 갖는 고정자를 포함한다.
여기서, 레졸버(110)는 입력된 여자 신호(Vref)에 의해 회전하는 회전자의 각 변위에 따라 변화하는 출력 신호를 검출한 제1 및 제2 진폭 변조 신호(Vsin, Vcos)를 출력한다.
신호 발생부(120)는 레졸버(110)로 입력되는 여자 신호(Vref)를 생성하며, 여자 신호(Vref)는 증폭된 전류를 갖는 정현파 신호일 수 있다.
또한, 여자 신호(Vref)는 위상 지연 출력부(130)로 전달하여, 위상 지연 출력부(130)에서 제1 및 제2 진폭 변조 신호(Vsin, Vcos) 각각에 대한 제1 및 제2 위상 지연값(DT1, DT2)을 연산 및 출력하는데 사용될 수 있다.
위상 지연 출력부(130)는 제1 위상 지연 출력부(134) 및 제2 위상 지연 출력부(136)를 포함할 수 있다.
제1 및 제2 위상 지연 출력부(134, 136)는 여자 신호(Vref), 제1 및 제2 진폭 변조 신호(Vsin, Vcos) 각각의 입력 시점부터 확인할 수 있다.
즉, 제1 및 제2 위상 지연 출력부(134, 136)는 제1 및 제2 진폭 변조 신호(Vsin, Vcos) 각각에 대해 시간에 따른 제1 및 제2 위상 지연값(DT1. DT2)을 연산 및 출력할 수 있다.
여기서, 제1 및 제2 진폭 변조 신호(Vsin, Vcos)는 서로 90°의 위상차를 가질 수 있다. 이때, 제1 및 제2 위상 지연 출력부(134, 136)는 제1 및 제2 진폭 변조 신호(Vsin, Vcos) 중 첫번째 신호주기에 대한 최초 정점 피크 시간값(fp1)을 서로 공유할 수 있다.
제1 및 제2 위상 지연 출력부(134, 136)는 최초 정점 피크 시간값(fp1)과 여자 신호(Vref)의 첫번째 신호주기에 대한 기준 정점 피크 시간값(bfp)와 비교하여 기준 위상 지연값(DT)를 연산할 수 있다.
여기서, 기준 위상 지연값(DT)는 제1 및 제2 진폭 변조 신호(Vsin, Vcos)와 여자 신호(Vref) 사이에 첫번재 신호주기에 발생된 위상 지연을 나타낸다.
이후, 제1 및 제2 위상 지연 출력부(134, 136)는 제1 및 제2 진폭 변조 신호(Vsin, Vcos) 각각의 두번째 신호주기부터 제1 및 제2 위상 지연값(DT1, DT2)을 연산하고, 이전번째 신호주기에 연산된 위상 지연값과 비교할 수 있다.
이때, 제1 및 제2 위상 지연 출력부(134, 136)는 제1 및 제2 위상 지연값(DT1, DT2)이 이전번째 신호주기에 연산된 위상 지연값보다 크거나 또는 낮은 경우 제1 및 제2 위상 지연값(DT1, DT2)을 위상 지연값으로 갱신하여 저장할 수 있다.
예를 들어, 제1 위상 지연 출력부(134)는 제1 진폭 변조 신호(Vsin)의 두번째 신호주기에 제1 위상 지연값(DT1)이 연산되면, 제1 위상 지연값(DT1)과 첫번째 신호주기에 연산된 기준 위상 지연값(DT)비교한다.
이후, 제1 위상 지연값(DT1)이 기준 위상 지연값(DT)보다 큰 경우, 제1 위상 지연 출력부(134)는 제1 위상 지연값(DT1)을 기준 위상 지연값(DT)으로 갱신하고, 제1 위상 지연값(DT1)을 출력한다.
제1 위상 지연 출력부(134)는 제1 진폭 변조 신호(Vsin)의 세번째 신호주기에 제1 위상 지연값(DT1)이 연산되면 갱신된 첫번째 신호주기의 제1 위상 지연값(DT1)과 비교할 수 있다.
여기서, 제2 위상 지연 출력부(136)는 제1 위상 지연 출력부(134)와 서로 동일하게 동작하며, 이에 한정을 두지 않는다.
또한, 제1 및 제2 위상 지연 출력부(134, 136) 각각은 제1 및 제2 진폭 변조 신호(Vsin, Vcos) 각각에서 연산되지 않는 신호주기에 해당되는 위상 지연값을 서로 공유할 수 있다.
모터 구동부(140)는 위치 연산부(142) 및 모터 제어부(146)를 포함할 수 있다.
여기서, 위치 연산부(142)는 위상 지연 출력부(130)로부터 출력된 제1 및 제2 위상 지연값(DT1, DT2)을 기반으로 입력된 제1 및 제2 진폭 변조 신호(Vsin, Vcos)의 위상 지연을 보상하여, 모터 회전자(미도시)의 위치(θ)를 연산할 수 있다.
모터 제어부(146)는 위치 연산부(142)에서 연산된 모터 회전자의 위치(θ)를 기반으로 모터 회전자의 위치를 인식하며, 모터 회전자의 속도를 제어할 수 있다.
도 3은 도 2에 나타낸 위상 지연 출력부의 제어 구성을 나타낸 제어 블록도이다.
도 3(a)는 제1 위상 지연 출력부의 제어 구성을 나타내며, 도 3(b)는 제2 위상 지연 출력부의 제어 구성을 나타낸다. 또한, 제1 및 제2 위상 지연 출력부(134, 136)는 서로 동일한 제어 구성으로 나타내지만, 이에 한정을 두지 않는다.
먼저, 도 3(a)를 참조하면, 제1 위상 지연 출력부(134)는 제1 및 제2 비교부(212, 213), 제1 및 제2 연산부(215, 216) 및 제1 지연값 생성부(218)를 포함할 수 있다.
제1 및 제2 비교부(212, 213)는 레졸버(110)에서 출력된 제1 진폭 변조 신호(Vsin)가 입력될 수 있다.
이때, 제1 비교부(212)는 제1 진폭 변조 신호(Vsin)의 전압레벨과 설정된 제1 기준 전압레벨을 비교할 수 있다. 여기서, 제1 기준 전압레벨은 제1 진폭 변조 신호(Vsin)의 최대 피크간 전압보다 낮으며, 제1 및 제2 진폭 변조 신호(Vsin, Vcos)가 서로 중첩되는 전압일 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.
즉, 제1 비교부(212)는 제1 진폭 변조 신호(Vsin)의 전압레벨이 제1 기준 전압레벨보다 높으면 제1 하이신호(T_high1)를 출력할 수 있다. 여기서, 제1 하이신호(T_high1)는 제1 연산부(215)에서 제1 정점 피크 시간값(T1)을 연산하는데 사용될 수 있다.
결과적으로, 제1 비교부(212)는 제1 진폭 변조 신호(Vsin)의 전압레벨이 제1 기준 전압레벨보다 낮으면 로우 신호로 유지한 상태에서 제1 하이신호(T_high1)를 출력한다.
제2 비교부(213)는 제1 진폭 변조 신호(Vsin)의 전압레벨과 설정된 제2 기준 전압레벨을 비교할 수 있다. 여기서, 제2 기준 전압레벨은 제1 진폭 변조 신호(Vsin)의 최대 피크간 전압보다 낮으며, 제1 및 제2 진폭 변조 신호(Vsin, Vcos)가 서로 중첩되는 전압일 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.
즉, 제2 기준 전압레벨은 (-) 전압 레벨이며, 제1 기준 전압레벨은 (+) 전압 레벨일 수 있다. 다시 말하면, 제1 진폭 변조 신호(Vsin)의 전압레벨과 제1 기준 전압레벨 사이의 차이값은 제1 진폭 변조 신호(Vsin)의 전압레벨과 상기 제2 기준 전압레벨 사이의 차이값에 대한 절대값이 동일할 수 있다.
제2 비교부(213)는 제1 진폭 변조 신호(Vsin)의 전압레벨이 제2 기준 전압레벨보다 낮으면 제1 로우신호(T_low1)를 출력할 수 있다. 여기서, 제1 로우신호(T_low1)는 제2 연산부(216)에서 제1 저점 피크 시간값(T2)을 연산하는데 사용될 수 있다.
결과적으로, 제2 비교부(213)는 제1 진폭 변조 신호(Vsin)의 전압레벨이 제1 기준 전압레벨보다 높으면 하이 신호로 유지한 상태에서 제1 로우신호(T_low1)를 출력한다.
제1 연산부(215)는 제1 비교부(212)로부터 출력된 제1 하이신호(T_high1)를 기반으로 제1 정점 피크 시간값(T1)을 연산할 수 있다.
즉, 제1 연산부(215)는 제1 하이신호(T_high1)의 시작시점부터 종료시점까지 사이의 중간 시점을 연산하고, 상기 중간 시점을 제1 정점 피크 시간값(T1)으로 출력할 수 있다.
또한, 제2 연산부(216)는 제2 비교부(213)로부터 출력된 제1 로우신호(T_low1)를 기반으로 제1 저점 피크 시간값(T2)을 연산할 수 있다.
즉, 제2 연산부(216)는 제1 로우신호(T_low1)의 시작시점부터 종료시점까지 사이의 중간 시점을 연산하고, 상기 중간 시점을 제1 저점 피크 시간값(T2)으로 출력할 수 있다.
제1 지연값 생성부(218)는 제1 정점 피크 시간값(T1) 또는 제1 저점 피크 시간값(T2)과 설정된 최초 정점 피크 시간값(fp1) 또는 이전 번째 신호주기에 연산된 이전 정점 피크 시간값 사이의 시간 지연에 대응하는 제1 위상 지연값(DT1)을 생성 및 출력할 수 있다.
또한, 제1 지연값 생성부(218)은 제1 위상 지연값(DT1)이 이전번째 신호주기에 연산된 위상 지연값에서 변동되는 경우 제1 위상 지연값(DT1)을 위상 지연값으로 갱신하여 저장할 수 있다.
도 3(b)를 참조하면, 제2 위상 지연 출력부(136)는 제3 및 제4 비교부(222, 223), 제3 및 제4 연산부(225, 226) 및 제2 지연값 생성부(228)를 포함할 수 있다.
제3 및 제4 비교부(222, 223)는 레졸버(110)에서 출력된 제2 진폭 변조 신호(Vcos)가 입력될 수 있다.
이때, 제3 비교부(222)는 제2 진폭 변조 신호(Vcos)의 전압레벨과 설정된 제3 기준 전압레벨을 비교할 수 있다. 여기서, 제3 기준 전압레벨은 제2 진폭 변조 신호(Vcos)의 최대 피크간 전압보다 낮으며, 제1 및 제2 진폭 변조 신호(Vsin, Vcos)가 서로 중첩되는 전압일 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.
즉, 제3 비교부(222)는 제2 진폭 변조 신호(Vcos)의 전압레벨이 제3 기준 전압레벨보다 높으면 제2 하이신호(T_high2)를 출력할 수 있다. 여기서, 제2 하이신호(T_high2)는 제3 연산부(225)에서 제2 정점 피크 시간값(T3)을 연산하는데 사용될 수 있다.
결과적으로, 제3 비교부(222)는 제2 진폭 변조 신호(Vcos)의 전압레벨이 제3 기준 전압레벨보다 낮으면 로우 신호로 유지한 상태에서 제2 하이신호(T_high2)를 출력한다.
제4 비교부(223)는 제2 진폭 변조 신호(Vcos)의 전압레벨과 설정된 제4 기준 전압레벨을 비교할 수 있다. 여기서, 제4 기준 전압레벨은 제2 진폭 변조 신호(Vcos)의 최대 피크간 전압보다 낮으며, 제1 및 제2 진폭 변조 신호(Vsin, Vcos)가 서로 중첩되는 전압일 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.
즉, 제4 기준 전압레벨은 (-) 전압 레벨이며, 제3 기준 전압레벨은 (+) 전압 레벨일 수 있다. 다시 말하면, 제2 진폭 변조 신호(Vcos)의 전압레벨과 상기 제3 기준 전압레벨 사이의 차이값은 제2 진폭 변조 신호(Vcos)의 전압레벨과 상기 제4 기준 전압레벨 사이의 차이값에 대한 절대값이 동일한
제4 비교부(223)는 제2 진폭 변조 신호(Vcos)의 전압레벨이 제4 기준 전압레벨보다 낮으면 제2 로우신호(T_low2)를 출력할 수 있다. 여기서, 제2 로우신호(T_low2)는 제4 연산부(226)에서 제2 저점 피크 시간값(T4)을 연산하는데 사용될 수 있다.
결과적으로, 제4 비교부(223)는 제2 진폭 변조 신호(Vcos)의 전압레벨이 제3 기준 전압레벨보다 높으면 하이 신호로 유지한 상태에서 제2 로우신호(T_low2)를 출력한다.
제3 연산부(225)는 제3 비교부(222)로부터 출력된 제2 하이신호(T_high2)를 기반으로 제2 정점 피크 시간값(T3)을 연산할 수 있다.
즉, 제3 연산부(225)는 제2 하이신호(T_high2)의 시작시점부터 종료시점까지 사이의 중간 시점을 연산하고, 상기 중간 시점을 제2 정점 피크 시간값(T3)으로 출력할 수 있다.
또한, 제4 연산부(226)는 제2 비교부(223)로부터 출력된 제2 로우신호(T_low2)를 기반으로 제2 저점 피크 시간값(T4)을 연산할 수 있다.
즉, 제4 연산부(226)는 제2 로우신호(T_low2)의 시작시점부터 종료시점까지 사이의 중간 시점을 연산하고, 상기 중간 시점을 제2 저점 피크 시간값(T4)으로 출력할 수 있다.
제2 지연값 생성부(228)는 제2 정점 피크 시간값(T3) 또는 제2 저점 피크 시간값(T4)과 설정된 최초 정점 피크 시간값(fp1) 또는 이전 번째 신호주기에 연산된 이전 정점 피크 시간값 사이의 시간 지연에 대응하는 제2 위상 지연값(DT2)을 생성 및 출력할 수 있다.
또한, 제2 지연값 생성부(228)은 제2 위상 지연값(DT2)이 이전번째 신호주기에 연산된 위상 지연값에서 변동되는 경우 제2 위상 지연값(DT2)을 위상 지연값으로 갱신하여 저장할 수 있다.
실시 예는, 레졸버로 입력되는 여자 신호 및 레졸버로부터 출력된 제1 및 제2 진폭 변조 신호를 기반으로, 실시간으로 출력되는 제1 및 제2 진폭 변조 신호의 위상 지연을 확인 및 갱신할 수 있음으로써, 모터 회전자의 위치를 인식하고 속도를 제어하기 용이하다.
도 4는 도 3에 나타낸 제1 위상 지연 출력부의 동작에 대한 타이밍도이다.
도 4는 도 3에 나타낸 제1 위상 지연 출력부(134)의 제어 구성을 이용하여 설명하기로 한다.
먼저, 도 4(a)는 레졸버(110)에서 출력된 제1 진폭 변조 신호(Vsin)를 나타낸 타이밍도, 도 4(b)는 제1 진폭 변조 신호(Vsin)에 대응하는 여자 신호(Vref)를 나타낸 타이밍도, 도 4(c)는 도 4(a)의 'A' 영역에 나타낸 제1 진폭 변조 신호(Vsin)를 확대한 타이밍도, 도 4(d)는 제1 비교부(212)에서 출력되는 제1 하이신호(T_high1)를 나타낸 타이밍도, 및 도 4(e)는 제2 비교부(213)에서 출력되는 제1 로우신호(T_low1)를 나타낸 타이밍도이다.
도 4(b) 내지 도 4(e)를 참조하면, 제1 비교부(212)는 제1 진폭 변조 신호(Vsin)의 신호레벨이 설정된 제1 기준 전압레벨(Vp1)보다 높으면 제1 하이신호(T_high1)를 출력한다.
여기서, 제1 하이신호(T_high1)가 시작 시점(ta)과 종료 시점(te)을 가지는 경우, 제1 연산부(215)는 종료 시점(te)에서 시작 시점(ta) 사이의 중심 시간을 제1 정점 피크 시간값(T1)으로 연산할 수 있다.
제2 비교부(213)는 제1 진폭 변조 신호(Vsin)의 신호레벨이 설정된 제2 기준 전압레벨(Vp2)보다 낮으면 제1 로우신호(T_low1)를 출력한다.
여기서, 제2 로우신호(T_low1)가 시작 시점(ta`)과 종료 시점(te`)을 가지는 경우, 제2 연산부(216)는 종료 시점(te`)에서 시작 시점(ta`) 사이의 중심 시간을 제1 저점 피크 시간값(T2)으로 연산할 수 있다.
이후, 제1 지연값 생성부(218)는 제1 정점 피크 시간값(T1) 또는 제1 저점 피크 시간값(T2)과 도 4(b)에 나타낸 여자 신호(Vref)의 신호주기에 대한 정점 피크 시간값(bfp)과 비교하여 제1 위상 지연값(DT1)을 생성하여 모터 구동부(140)로 출력할 수 있다.
또한, 도 4(c)의 'B'영역에 나타낸 제1 진폭 변조 신호(Vsin)의 신호레벨은 제1 및 제2 비교부(212, 213) 각각의 제1 및 제2 기준 전압레벨(Vp1, Vp2) 사이이므로, 제1 하이신호(T_high1) 및 제1 로우신호(T_low1)로 나타낼 수 없다.
이때, 모터 구동부(140)는 제2 위상 지연 출력부(134)로부터 출력된 제3 및 제4 위상 지연값(DT3, DT4)를 수신하고, 'B' 영역에 대한 위상 지연값을 제3 및 제4 위상 지연값(DT3, DT4)으로 사용하여, 모터 회전자의 위치를 인식할 수 있다.
모터 구동부(140)는 모터 회전자의 위치를 인식하여, 모터 회전자의 속도를 제어할 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 모터 구동 장치의 동작방법을 나타낸 순서도 및 도 6은 도 5에 나타낸 (S120) 단계를 자세하게 나타낸 순서도이다.
도 5를 참조하면, 모터 구동 장치(100)의 위상 지연 출력부(130)는 레졸버(110)에서 출력된 제1 및 제2 진폭 변조 신호(Vsin, Vcos) 및 신호 발생부(120)에서 출력된 여자 신호(Vref)를 수신한다(S110).
위상 지연 출력부(130)는 여자 신호(Vref), 제1 및 제2 진폭 변조 신호(Vsin, Vcos)를 기반으로, 제1 및 제2 진폭 변조 신호(Vsin, Vcos) 중 첫 번째 신호 주기에 대한 기준 위상 지연값(DT)를 연산한다(S120).
여기서, (S120) 단계는 도 6을 기반으로 연산할 수 있다.
도 6을 참조하면, 위상 지연 출력부(130)는 제1 및 제2 진폭 변조 신호(Vsin, Vcos) 어느 하나의 첫 번째 신호 주기에 대한 최초 정점 피크 시간값(fp1)의 검출한다(S210).
즉, 위상 지연 출력부(130)는 제1 진폭 변조 신호(Vsin) 및 여자 신호(Vref)를 기반으로 제1 진폭 변조 신호(Vsin)에서 최초 정점 피크 시간값(fp1)이 검출하는 제1 위상 지연 출력부(134)와, 제2 진폭 변조 신호(Vcos) 및 여자 신호(Vref)를 기반으로 제2 진폭 변조 신호(Vcos)에서 최초 정점 피크 시간값(fp1)이 검출하는 제2 위상 지연 출력부(136)을 포함할 수 있다.
이때, 위상 지연 출력부(130)는 제1 및 제2 진폭 변조 신호(Vsin, Vcos) 어느 하나가 첫 번째 신호 주기에 대한 최초 정점 피크 시간값(fp1)이 검출되면, 최초 정점 피크 시간값(fp1)을 저장한다(S220).
위상 지연 출력부(130)는 최초 정점 피크 시간값(fp1)과 여자 신호(Vref)의 첫번째 신호주기에 대한 기준 정점 피크 시간값(bfp)를 비교하여 기준 위상 지연값(DT)를 연산할 수 있다(S230).
여기서, 기준 위상 지연값(DT)는 제1 및 제2 진폭 변조 신호(Vsin, Vcos)와 여자 신호(Vref) 사이에 첫번재 신호주기에 발생된 위상 지연을 나타낸다.
(S120) 또는 (S230) 단계 이후, 위상 지연 출력부(130)는 제1 및 제2 진폭 변조 신호(Vsin, Vcos) 각각의 두번째 신호주기부터 제1 및 제2 위상 지연값(DT1, DT2)을 연산하고(S130), 제1 및 제2 위상 지연값(DT1, DT2)과 이전번째 신호주기에 연산된 위상 지연값과 동일 여부를 판단한다(140).
즉, 위상 지연 출력부(130)는 제1 및 제2 진폭 변조 신호(Vsin, Vcos)와 여자 신호(Vref)의 신호주기에 따른 각각의 피크 값을 산출하여, 현재의 제1 및 제2 위상 지연값(DT1, DT2)을 연산할 수 있다.
(S140) 단계의 판단 결과에 따라, 위상 지연 출력부(130)는 제1 및 제2 위상 지연값(DT1, DT2) 또는 이전 연산된 위상 지연값을 설정할 수 있다(S150).
예를 들어, 위상 지연 출력부(130)는 제1 진폭 변조 신호(Vsin)의 두번째 신호주기에 제1 위상 지연값(DT1)이 연산되면, 제1 위상 지연값(Dt1)과 첫번째 신호주기에 연산된 기준 위상 지연값(DT)비교한다.
이후, 제1 위상 지연값(DT1)이 기준 위상 지연값(DT)가 큰 경우, 위상 지연 출력부(130) 제1 위상 지연값(DT1)을 기준 위상 지연값(DT)으로 갱신하고, 제1 위상 지연값(DT1)을 출력한다.
위상 지연 출력부(130)는 제1 진폭 변조 신호(Vsin)의 세번째 신호주기에 제1 위상 지연값(DT1)이 연산되면 갱신된 첫번째 신호주기의 제1 위상 지연값(DT1)과 비교할 수 있다.
상술한 방법과 동일하게, 위상 지연 출력부(130)는 제2 위상 지연값(DT2)와 기준 위상 지연값(DT)를 비교하여, 제2 위상 지연값(DT2) 또는 기준 위상 지연값(DT)로 갱신할 수 있다.
위상 지연 출력부(130)는 모터 회전자의 위치(θ)를 인식하도록 갱신된 제1 및 제2 위상 지연값(DT1, DT2) 또는 기준 위상 지연값(DT)을 모터 구동부(140)로 전달한다(S160).
위상 지연 출력부(130)는 제1 및 제2 진폭 변조 신호(Vsin, Vcos)의 세번째 신호주기부터는 갱신된 제1 및 제2 위상 지연값(DT1, DT2) 또는 기준 위상 지연값(DT)와 세번째 신호주기 이후 각각에서 연산된 위상 지연값을 서로 비교하여, (S140) 단계 이후로 동작할 수 있다.
실시 예는, 레졸버로 입력되는 여자 신호 및 레졸버로부터 출력된 제1 및 제2 진폭 변조 신호를 기반으로, 실시간으로 출력되는 제1 및 제2 진폭 변조 신호의 위상 지연을 확인 및 갱신할 수 있음으로써, 모터 회전자의 위치를 인식하고 속도를 제어하기 용이하다.
전술한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.
100: 모터 구동 장치 110: 레졸버
120: 신호 발생부 130: 위상 지연 출력부
140: 모터 구동부

Claims (13)

  1. 여자 신호 입력 시, 모터 회전자의 위치에 대응하는 제1 및 제2 진폭 변조 신호를 출력하는 레졸버;
    상기 제1 및 제2 진폭 변조 신호와, 상기 여자 신호를 기반으로, 상기 제1 진폭 변조 신호의 제1 위상 지연값 및 상기 제2 진폭 변조 신호의 제2 위상 지연값을 출력하는 위상 지연 출력부; 및
    상기 제1 및 제2 진폭 변조 신호와, 상기 제1 및 제2 위상 지연값을 기반으로, 상기 모터 회전자의 위치를 연산하는 모터 구동부를 포함하는,
    모터 구동 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 진폭 변조 신호는,
    SIN 파형이며,
    상기 제2 진폭 변조 신호는,
    상기 제1 진폭 변조 신호와 90°의 위상차를 갖는 COS 파형인,
    모터 구동 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 위상 지연 출력부는,
    상기 제1 위상 지연값을 출력하는 제1 위상 지연 출력부; 및
    상기 제2 위상 지연값을 출력하는 제2 위상 지연 출력부를 포함하는,
    모터 구동 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제1 위상 지연 출력부는,
    상기 제1 진폭 변조 신호의 한 주기 동안, 상기 제1 진폭 변조 신호의 전압레벨과 설정된 제1 기준 전압레벨을 비교하여, 상기 제1 기준 전압레벨보다 높으면 제1 하이신호를 출력하는 제1 비교부;
    상기 제1 진폭 변조 신호의 한 주기 동안, 상기 제1 진폭 변조 신호의 전압레벨과 설정된 제2 기준 전압레벨을 비교하여, 상기 제2 기준 전압레벨보다 낮으면 제1 로우신호를 출력하는 제2 비교부;
    상기 제1 하이신호의 시작시점부터 종료시점까지 사이의 중간 시점을 연산하고, 상기 중간 시점을 제1 정점 피크 시간값으로 출력하는 제1 연산부;
    상기 제1 로우신호의 시작시점부터 종료시점까지 사이의 중간 시점을 연산하고, 상기 중간 시점을 제1 저점 피크 시간값으로 출력하는 제2 연산부; 및
    상기 제1 정점 피크 시간값 또는 상기 제1 저점 피크 시간값과 설정된 최초 정점 피크 시간값 또는 이전 번째 신호주기에 연산된 이전 정점 피크 시간값을 기반으로 제1 위상 지연값을 생성하는 제1 지연값 생성부를 포함하는,
    모터 구동 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제1 진폭 변조 신호의 전압레벨과 상기 제1 기준 전압레벨 사이의 차이값은,
    상기 제1 진폭 변조 신호의 전압레벨과 상기 제2 기준 전압레벨 사이의 차이값에 대한 절대값이 동일한,
    모터 구동 장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 제1 지연값 생성부는,
    상기 제1 위상 지연값이 이전번째 신호주기에 연산된 위상 지연값보다 낮으면, 상기 제1 위상 지연값을 상기 위상 지연값으로 갱신하는,
    모터 구동 장치.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 제2 위상 지연 출력부는,
    상기 제2 진폭 변조 신호의 한 주기 동안, 상기 제2 진폭 변조 신호의 전압레벨과 설정된 제1 기준 전압레벨을 비교하여, 상기 제2 기준 전압레벨보다 높으면 제2 하이신호를 출력하는 제3 비교부;
    상기 제2 진폭 변조 신호의 한 주기 동안, 상기 제2 진폭 변조 신호의 전압레벨과 설정된 제4 기준 전압레벨을 비교하여, 상기 제4 기준 전압레벨보다 낮으면 제2 로우신호를 출력하는 제4 비교부;
    상기 제2 하이신호의 시작시점부터 종료시점까지 사이의 중간 시점을 연산하고, 상기 중간 시점을 제2 정점 피크 시간값으로 출력하는 제3 연산부;
    상기 제2 로우신호의 시작시점부터 종료시점까지 사이의 중간 시점을 연산하고, 상기 중간 시점을 제2 저점 피크 시간값으로 출력하는 제4 연산부; 및
    상기 제2 정점 피크 시간값 또는 상기 제2 저점 피크 시간값과 설정된 최초 정점 피크 시간값 또는 이전 번째 신호주기에 연산된 이전 정점 피크 시간값을 기반으로 제2 위상 지연값을 생성하는 제2 지연값 생성부를 포함하는,
    모터 구동 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제2 진폭 변조 신호의 전압레벨과 상기 제3 기준 전압레벨 사이의 차이값은,
    상기 제2 진폭 변조 신호의 전압레벨과 상기 제4 기준 전압레벨 사이의 차이값에 대한 절대값이 동일한,
    모터 구동 장치.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 제2 지연값 생성부는,
    상기 제2 위상 지연값이 이전번째 신호주기에 연산된 위상 지연값보다 낮으면, 상기 제2 위상 지연값을 상기 위상 지연값으로 갱신하는,
    모터 구동 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 모터 구동부는,
    상기 제1 및 제2 위상 지연값과 상기 여자 신호를 기반으로 상기 제1 및 제2 진폭 변조 신호의 위상 지연을 보상하여 상기 모터 회전자의 위치를 연산하는 위치 연산부; 및
    상기 모터 회전자의 위치를 기반으로 상기 모터 회전자의 위치를 인식하여 속도를 제어하는 모터 제어부를 포함하는,
    모터 구동 장치.
  11. 레졸버에서 출력된 제1 및 제2 진폭 변조 신호와, 상기 레졸버로 입력된 여자 신호를 수신하는 단계;
    상기 제1 및 제2 진폭 변조 신호와 상기 여자 신호를 기반으로, 상기 제1 및 제2 진폭 변조 신호 중 첫번째 신호주기에 대한 최초 정점 피크 시간값을 검출하는 단계;
    상기 최초 정점 피크 시간값과 상기 여자 신호의 첫번째 신호주기에 대한 기준 정점 피크 시간값를 비교하여 기준 위상 지연값을 연산 및 저장하고, 모터 구동부로 전달하는 단계; 및
    상기 제1 및 제2 진폭 변조 신호 각각의 두번째 신호주기부터 제1 및 제2 위상 지연값을 연산하여, 상기 모터 구동부로 전달하는 단계를 포함하는,
    모터 구동 장치의 동작방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 위상 지연값을 연산하는 단계는,
    상기 제1 및 제2 진폭 변조 신호 각각의 신호 주기에 입력된 하이 및 로우신호 각각에 대한 정점 피크 시간값 및 저점 피크 시간값을 연산하고, 상기 정점 피크 시간값 또는 상기 저점 피크 시간값과 상기 기준 정점 피크 시간값 또는 이전 번째 신호주기에 연산된 이전 정점 피크 시간값 사이의 시간 지연에 대응하는 상기 제1 및 제2 위상 지연값을 연산하는,
    모터 구동 장치의 동작방법.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 위상 지연값을 연산 및 전달하는 단계는,
    상기 제1 및 제2 위상 지연값이 상기 기준 위상 지연값 보다 크거나 또는 낮으면, 상기 제1 및 제2 위상 지연값을 상기 기준 위상 지연값으로 갱신 및 설정하는,
    모터 구동 장치의 동작방법.
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