KR20200145166A - 비엘디씨 모터 구동방법 및 이를 채용한 자동문 - Google Patents

Abstract

본 발명은 통상의 삼상 BLDC 구동 모터의 구동 방법에 의하면 N 극과 S 극이 서로 당기거나 미는 힘의 세기(자력의 세기)의 변화가 심하여 회전시 발생하는 소음이 통상의 사무실 또는 조용한 아파트 등의 실내 공간에서는 수용하기가 용이하지 않으므로 이를 줄이기 위하여 삼상(U상,V상,W상)을 검출하는 홀 센서와 추가로 설치된 엔코더가 연동하여 각각의 상(U상,V상,W상)에 공급되는 전류를 소정 구간 중첩시켜서 공급하므로 소음을 크게 줄이고 이를 적용한 BLDC 모터가 적용되는 자동문의 구동을 부드럽게 이룰 수 있도록 설계 제작된 비엘디씨 모터 구동방법을 제공하는데 있다.

Description

비엘디씨 모터 구동방법 및 이를 채용한 자동문{Driving Method of BLDC Motor and Traction Automatic Door using its Driving Method}

본 발명은 아파트 또는 사무실 등의 실내 공간에 설치되는 자동문을 구동하는데 사용되는 삼상 BLDC 모터의 구동 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 통상의 삼상 BLDC 구동 모터의 구동 방법에 의하면 N 극과 S 극이 서로 당기거나 미는 힘의 세기(자력의 세기)의 변화 및 부하 변화에 의하여 회전시 발생하는 소음이 통상의 사무실 또는 조용한 아파트 등의 실내 공간에서는 수용하기가 용이하지 않으므로 이를 줄이기 위하여 삼상(U상,V상,W상)을 검출하는 홀 센서 신호와 연동되는 엔코더 신호로 제어하여 각각의 상(U상,V상,W상)에 공급되는 전류를 소정 구간 중첩시켜서 공급하므로 소음을 크게 줄이고, 이러한 BLDC 모터의 구동 방법이 적용된 자동문을 제공할 수 있는 삼상 비엘디씨 모터의 구동방법 및 이를 채용한 자동문에 관한 것이다.

종래의 삼상 BLDC 모터의 표준 제어 방법을 자동문에 적용하는 경우는 삼상(U상,V상,W상) BLDC 에서 상이 바뀌는 지점에서의 N극과 S극이 당기는 힘과 N극과 N 또는 S극과 S극이 미는 힘의 세기 변화에 의하여 비교적 큰 소음이 발생하여 본 발명에 따른 자동문이 적용되는 조용한 사무실 내부 또는 통상의 아파트 실내 공간에 적용하기 어려운 문제점이 있다.

또는 등록특허공보 제10-0963294호에 개시된 바와 같이 통상의 삼상 BLDC 모터를 정현파로 제어함에 있어서 정현파 PWM 신호를 공급하는 로직부를 구비하고, 홀센서로 검출한 각 상(U, V, W)의 파형을 로직 결합하여 기준파형을 만들고, 만든 기준파형을 소정시간 지연시켜 상승부 및 하강부 신호와 동기시켜서 기준파형과 앤드로직으로 결합하여 정현파 PWM 파형을 생성하여 스위칭 소자를 동작시켜 BLDC 모터를 구동하는 것이나, 이러한 구동 방법은 제어 동작이 복잡하여 제어 프로그램을 수행하기 위한 하드웨어와 소프트웨어의 설계 및 제작을 위한 비용이 많이 소요되고, 부하 변동에 의한 소음이 크게 발생하는 문제점이 있다.

즉, 중 부하나 가속, 감속 및 부하가 변화할 때, 싸인파 제어가 제대로 동작하지 않아서 소음이 심하게 발생하고 부드러운 동작 제어가 이루어지지 않는 문제점이 있다.

등록특허공보 제10-0963294호 공개특허공보 제10-2015-0031356호

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 삼상 BLDC 모터에 공급되는 삼상(U상,V상,W상) 전원에서, 각각의 상(U상,V상,W상)에 입력되는 전원(V+)이 단절되는 지점 또는 입력된 전원에 의하여 빠져나가는 전류가 단절되는 지점에서 소정 구간 중첩시켜서 신호를 공급하므로 BLDC 모터의 동작 시 소음을 크게 감소시키면서 부드러운 동작을 할 수 있는 비엘디씨 모터 구동방법을 제공하는데 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제로 신호를 중첩시키는 방법은 선중첩과 후중접이 가능하고, 신호 공급을 중첩시키는 소정 시간은 구동 모터의 360°회전(1 회전)에 기초하여 6개 구간으로 나눌 때, 한 구간에 해당하는 60°을 다시 다수의 구간으로 나누어 엔코더로 회전각을 감지하여 소정 구간(60°이하) 동안 중첩하도록 신호를 공급하여 소음을 크게 감소시키고 부드러운 회전을 할 수 있는 비엘디씨 모터 구동방법을 제공하는데 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제로 비엘디씨 모터에 공급되는 신호는 소정의 듀티비(Duty Ratio)를 가진 구형파 신호로 전류를 공급하여 비엘디씨 모터에 공급되는 전류를 설정된 세기로 제어함에 의하여 전류 소모를 줄이고 소음을 크게 감소시키며 유연한 회전을 할 수 있는 비엘디씨 모터 구동방법을 제공하는데 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제로 삼상 비엘디씨 모터에서 소모되는 전력을 감소시키기 위하여 스위칭 모드 전원(Switching Mode Power Supply, SMPS)을 채용하고, 대기시간에는 통상의 전자기기에 채용되는 슬리핑 모드(Sleeping Mode)를 유지하도록 구현된 비엘디씨 모터 구동방법을 제공할 수도 있다.

본 발명 과제의 해결 수단으로 통상의 삼상 BLDC 구동 모터의 제어 방법은 N 극과 S 극이 서로 당기거나 미는 힘의 세기(자력의 세기)의 변화 및 부하 변화에 의하여 회전시 발생하는 소음이 통상의 조용한 사무실 또는 조용한 아파트 등의 실내 공간에서는 수용하기가 용이하지 않다.

이러한 소음을 줄이고 부드러운 동작을 수행하도록 하기 위하여 BLDC 모터에 공급되는 삼상(U상,V상,W상) 전원에서, 각각의 상(U상,V상,W상)에 입력되는 전원(V+)이 단절되는 지점 또는 입력된 전원에 의하여 빠져나가는 전류가 단절되는 지점에서 소정 구간 중첩시켜서 신호를 공급하므로 소음을 크게 줄이고 이러한 제어 방법을 적용한 BLDC 모터로 자동문의 동작을 부드럽게 이룰 수 있도록 하는데 있다.

본 발명의 또 다른 과제의 해결 수단으로, 삼상(U상,V상,W상)을 검출하는 홀센서보다 높은 해상도를 가진 엔코더를 추가하여, 각각의 상(U상,V상,W상)에 공급되는 전류를 소정 구간 중첩시켜서 BLDC 모터의 각상에 공급하므로 BLDC 모터에 의한 자동문의 동작을 부드럽게 이룰 수 있으므로 소음을 크게 감소시킬 수 있는 비엘디씨 모터 구동방법 및 이를 채용한 자동문을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 과제의 해결 수단으로 신호를 중첩시키는 방법은 선중첩이나 후중접으로 구성할 수 있으며, 신호를 중첩시키는 소정 시간은 모터의 360°회전(1 회전)에 기초하여 6개 구간으로 나눌 때, 한 구간에 해당하는 60°을 다시 다수의 구간으로 나누어 엔코더로 감지하여 소정 구간(60°이하) 동안 중첩하도록 신호를 공급하여 소음을 크게 감소시키고 부드러운 회전을 할 수 있는 비엘디씨 모터 구동방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 과제의 해결 수단으로 비엘디씨 모터에 공급되는 신호는 소정의 듀티비(Duty Ratio)를 가진 구형파 신호로 전류를 공급하여 비엘디씨 모터에 공급되는 전류를 설정된 세기로 제어하여 전류 소모를 줄이고 소음을 크게 감소시키며 부드러운 동작을 이루도록 하는데 있다.

본 발명의 또 다른 과제의 해결 수단은 비엘디씨 모터에서 소모되는 전력을 감소시키기 위하여 스위칭 모드 전원(Switching Mode Power Supply, SMPS)을 채용하고, 대기시간에는 통상의 전자기기에 채용되는 슬리핑 모드(Sleeping Mode)를 유지하도록 구현된 비엘디씨 모터 구동방법을 제공할 수도 있다.

본 발명은 삼상 비엘디씨 모터 구동방법을 제공함에 있어서, 각각의 상(U상,V상,W상)에 입력되는 전원(V+)이 단절되는 지점 또는 입력된 전원에 의하여 빠져나가는 전류가 단절되는 지점에서 소정 구간 중첩시켜서 공급하므로 BLDC 모터에 의한 자동문의 동작을 부드럽게 이룰 수 있으면서 소음을 크게 감소시킬 수 있는 상승된 효과가 있다.

본 발명의 또 다른 효과로 삼상 신호를 선중첩 또는 후중접시키되, 한 구간에 해당하는 60°을 다시 다수의 구간으로 나누어 엔코더로 감지하여 소정 구간(60°이하) 동안 중첩하도록 신호를 공급함으로써 소음을 크게 감소시키고, 전력소모를 줄이면서 부드러운 동작을 이룰 수 있는 유리한 효과가 있다.

본 발명의 또 다른 효과로 비엘디씨 모터에 공급되는 신호는 소정의 듀티비(Duty Ratio)를 가진 구형파 신호로 전류를 공급하여 비엘디씨 모터에 공급되는 전류를 설정된 세기로 제어하여 전류 소모를 줄이고 소음을 크게 감소시키며 부드러운 회전을 할 수 있는 상승된 효과가 있다.

본 발명의 또 다른 효과로 스위칭 모드 전원(Switching Mode Power Supply, SMPS)을 채용하고, 대기시간에는 통상의 전자기기에 채용되는 슬리핑 모드(Sleeping Mode)를 유지하도록 구현함으로써 비엘디씨 모터에서 소모되는 전력을 감소시킬 수도 있다.

도 1은 삼상 BLDC 모터의 구동 원리를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2a는 본 발명에 따른 삼상 BLDC 모터의 제어 방법을 설명하기 위한 것으로 홀센서의 상태 및 표준제어를 나타낸 것이다.
도 2b는 본 발명에 따른 후중첩 제어, 및 본 발명에 따른 선중첩 제어를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 BLDC 모터의 제어 방법이 적용된 자동문을 도시한 것이다.

본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용을 살펴본다.

본 발명은 통상의 BLDC 구동 모터의 구동 방법에 의하면 N 극과 S 극이 서로 당기거나 미는 힘의 세기(자력의 세기)의 변화가 심하여 회전시 발생하는 소음이 통상의 조용한 사무실 또는 조용한 아파트 등의 실내 공간에서는 수용하기가 용이하지 않다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 각각의 상(U상,V상,W상)에 입력되는 전원(V+)이 단절되는 지점 또는 입력된 전원에 의하여 빠져나가는 전류가 단절되는 지점에서 소정 구간 중첩시켜서 신호를 공급하므로 소음을 크게 줄일 수 있다.

이러한 제어 방법이 적용된 삼상 BLDC 모터로 자동문을 열고 닫을 경우에 부드럽게(유연하게) 동작시킬 수 있다.

도 1은 삼상 BLDC 모터의 구동 원리를 개략적으로 도시한 것이다.

도 1에서, BLDC 모터에 공급되는 전원(V+)은 소정의 듀티 비(Duty Ratio)를 가지는 구형파 펄스 신호이다. 전원(V+)은 듀티 비가 높을수록 BLDC 모터에 공급되는 전류가 높고, 듀티 비가 낮을수록 BLDC 모터에 공급되는 전류가 낮다.

모터 구동을 위한 공급 전압의 크기는 삼상 BLDC 모터의 사양에 따라 다르며, 사양에 맞게 공급하면 된다.

통상의 BLDC 모터에는 삼상(U상,V상,W상)을 검출하는 홀 센서(a, b, c)가 내장되어 있다.

도 1에서, 점선은 BLDC 모터에서 삼상(U상,V상,W상) 중 하나의 상(위상)으로 전원(V+)이 입력되어 다른 상으로 빠져나가는 전류의 통로를 표시한 것이다. 전원 또는 전류는 도 1에 도시된 6개의 스위치 중 필요한 스위치를 개방하거나 연결함에 의하여 흐르는 통로가 형성된다.

도 1에서, 상부의 스위치5(Wt), 스위치3(Vt) 및 스위치1(Ut)은 전원(신호)이 입력되도록 스위칭하는 탑(Top)을 나타내고, 하부의 스위치6(Wb), 스위치4(Vb) 및 스위치2(Ub)는 전류가 빠져나가도록 스위칭하는 바텀(Bottom)을 나타낸다.

본 명세서 상에서 입력되는 신호를 전원(V+)이라고 기재하고, 빠져나가는 신호를 전류로 기재한 것은 도 1에서 공급되는 전원을 V+ 로 기재하고 있고, 빠져나가는 쪽을 전류로 기재한 것은 전기 신호가 흐른다는 의미가 포함되어 있으므로 흐르는 전기의 의미로 '전류'라는 단어를 사용한 것이다.

궁극적으로 전류 역시 입력되는 전원(V+)에 의하여 발생하는 신호이기 때문에 전기적인 신호가 존재한다는 의미에서는 실질적으로 동일하며, 이러한 기재는 통상의 기술자 입장에서 본 명세서의 기술적 구성을 보다 용이하게 이해하는데 도움이 될 수 있을 것이다.

도 2 a와 b는 BLDC 모터의 소음을 줄이면서 부하에 무관하게 부드러운 동작을 유도하기 위한 본 발명에 따른 삼상 BLDC 모터의 구동 방법을 설명하기 위한 것이며, 홀센서의 신호감지, 표준제어, 본 발명에 따른 후중첩 제어, 및 본 발명에 따른 선중첩 제어를 도시한 것이다.

본 발명의 하나의 실시 예에 따른 삼상 비엘디씨 모터 구동방법은 BLDC 모터에 내장된 삼상(U상,V상,W상)을 검출하는 홀센서보다 높은 해상도를 구비한 엔코더를 추가하여 연동하도록 설계 제작된다.

본 발명에서의 엔코더는 모터의 회전과 연동하여 360도를 일정 간격으로 복수개로 나누어 각도를 검출하고, 설정된 각도만큼 신호를 후중첩 또는 선중첩시킬 수 있으면 족하다.

홀 센서와 엔코더의 동작 원리는 이미 널리 알려진 기술이므로 본 발명에서는 구체적으로 기재하지 않는다.

각각의 상(U상,V상,W상)에 공급되는 전류를 소정 구간 중첩시켜서 비엘디씨 모터의 각상에 공급하므로 BLDC 모터의 부드러운 동작에 의하여 자동문의 구동을 부드럽게 이룰 수 있으므로 소음을 크게 감소시킬 수 있다.

도 2a 및 b 에서, 상부는 홀 센서(a, b, c)에서 감지한 회전자 자극의 위치(회전각도)에 기초하여 신호가 감지되면 '1' 로 표시하고, 신호가 감지되지 않으면 '0' 으로 표시한 것이다.

도 2a 및 b에서, 블루(Blue) 색은 전원(V+)이 입력되는 상(Phase)이고, 노란색은 전류가 빠져나가는 상(Phase)을 나타낸다.

도 2a 및 b에서, 표준제어는 통상의 BLDC 모터를 제어할 때 각상에 공급되는 전원(V+)과 빠져나가는 전류를 나타낸 것이다.

본 발명의 용이한 이해를 돕기 위하여 표준제어에 대하여 좀 더 구체적으로 설명을 한다.

도 2a 및 b에서 가로 방향은 BLDC 모터의 1회전(360°도) 회전)을 60도 단위로 나누어 도시한 것이고, 세로 방향은 U 상의 탑(Top, Ut) 및 바텀(Bottom, Ub), V 상의 탑(Top, Vt) 및 바텀(Bottom, Vb)과, W 상의 탑(Top, Wt) 및 바텀(Bottom, Wb)을 나타낸 것이다. 탑(Top)은 입력 신호를 나타내고, 바텀(Bottom)은 빠져나가는 신호를 나타낸다.

도 2a의 표준 제어에서, 0 - 60 도에서는 Ut/Wb, 60 - 120 도에서는 Vt/Wb, 120 - 180 도에서는 Vt/Ub, 180 - 240 도에서는 Wt/Ub, 240 - 300 도에서는 Wt/Vb, 300 - 360 도에서는 Ut/Vb 이다. 즉, 표준 제어에서는 입력 신호의 상 변환 지점 및 빠져나가는 신호의 상 변환 지점에서 서로 신호가 중첩되는 부분이 존재하지 않는다.

이러한 표준 제어 방식은 앞서 설명한 바와 같이 N 극과 S 극이 서로 당기거나 미는 힘의 세기(자력의 세기)의 변화가 심하여 회전시 발생하는 소음이 크다.

도 2b에서, 본 발명에 따른 BLDC 모터의 구동 방법은 입력 신호의 상 변환 지점 및 빠져나가는 신호의 상 변환 지점에서의 후중첩 또는 선중첩에 의하여 제어함으로써 소음발생을 줄이고 자동문의 동작을 부드럽게 할 수 있다.

먼저, 본 발명에 따른 후중첩 제어에 대하여 살펴본다.

도 2b의 가로는 BLDC 모터가 1회전(360도 회전)을 60도 단위로 나눈 것이다.

도 2b의 세로는 홀 센서(a,b,c)에 의하여 검출되는 삼상(U,V,W)을 탑(Top, Ut,Vt,Wt)과 바텀(Boottom, Ub,Vb,Wb)을 나타낸다. 탑은 블루색으로 표시되고, 도 1에 도시된 전원(V+)이 입력되는 부분이다.

바텀은 노란색으로 표시되고, 도 1에서 BLDC 모터의 코일로부터 전류가 빠져나가는 부분이다.

다음은 도 2b에서, 60도로 나누어서 살펴본다.

도 2b에서는 60도 구간을 다시 3 부분(Sector)으로 나누었다. 3 구간으로 나눈 이유는 신호의 중첩 부분의 설명 및 이해를 용이하게 할 수 있도록 도시한 것이다. 물론 앞서 설명한 엔코더를 이용하여 3 구간(섹터)이 아닌 3구간 이하 또는 3구간 이상으로 나눌 수 있다.

도 2b에 기초하여 보다 용이한 이해를 위하여 60도 구간(범위)을 다시 3구간으로 나누고, 블루색과 노란색으로 도시된 20도 구간(신호 후중첩 구간)에 대하여 살펴본다.

0도 - 60도사이의 구간 중 0-20도 구간(UVW)은 Ut상으로 전원(V+)이 입력되고, Vb상과 Wb상으로 전류가 빠져나간다는 의미이며, 이 구간은 중첩 구간이며, 빠져나가는 전류(신호)가 Vb상과 Wb상 두개로 중첩되어 있음을 의미한다.

빠져나거는 신호의 중첩 구간은 1도에서 60도 사이에서 적절히 설정할 수 있다.

도 2b의 후중첩에서, 20도 - 60도사이 구간(UW)은 Ut상으로 전원(V+)이 입력되어 Wb상으로 전류가 빠져나간다는 의미이다. 이 구간은 중첩되는 부분이 존재하지 않으므로 'UW'로 표시되어 있다.

다음은 도 2의 후중첩 제어에서, 60도 - 120도사이 구간을 살펴본다.

60도 - 120도사이의 구간 중 60-80도 구간(UVW)은 U상과 Vt상으로 전원(V+)이 입력되어 Wb상으로 전류가 빠져나간다는 의미이다. 이 구간은 중첩 구간이며, 입력되는 전원(V+)이 Ut상과 Vt상 두개로 중첩되어 있음을 의미한다.

입력되는 신호의 중첩 구간은 1도에서 60도사이에서 적절히 설정할 수 있다.

도 2b의 후중첩에서, 80도 - 120도사이 구간(VW)은 Vt상으로 전원(V+)이 입력되어 Wb상으로 전류가 빠져나간다는 의미이다. 이 구간은 중첩되는 부분이 존재하지 않으므로 'VW'로 표시되어 있다.

다음은 도 2b의 후중첩 제어에서, 120도 - 180도사이 구간을 살펴본다.

120도 - 180도사이의 구간 중 120-140도 구간(VUW)은 Vt상으로 전원(V+)이 입력되어 Ub상과 Wb상으로 전류가 빠져나간다는 의미이며, 이 구간은 중첩 구간이며, 빠져나가는 전류(V+)가 Ub상과 Wb상 두개로 중첩되어 있음을 의미한다.

도 2b의 후중첩에서, 140도 - 180도사이 구간(VU)은 Vt상으로 전원(V+)이 입력되어 Ub상으로 전류가 빠져나간다는 의미이다. 이 구간은 중첩되는 부분이 존재하지 않으므로 'VU'로 표시되어 있다.

다음은 도 2b의 후중첩 제어에서, 180도 - 240도사이 구간을 살펴본다.

180도 - 240도사이의 구간 중 180도 - 200도 구간(VWU)은 Vt상과 Wt상으로 전원(V+)이 입력되어 Ub상으로 전류가 빠져나간다는 의미이며, 이 구간은 중첩 구간이며, 입력되는 전원(V+)이 Vt상과 Wt상 두개로 중첩되어 있음을 의미한다.

도 2b의 후중첩에서, 200도 - 240도사이 구간(WU)은 Wt상으로 전원(V+)이 입력되어 Ub상으로 전류가 빠져나간다는 의미이다. 이 구간은 중첩되는 부분이 존재하지 않으므로 'WU'로 표시되어 있다.

다음은 도 2b의 후중첩 제어에서, 240도 - 300도사이 구간을 살펴본다.

240도 - 300도사이의 구간 중 240도 - 260도 구간(WVU)은 Wt상으로 전원(V+)이 입력되어 Ub상과 Vb상으로 전류가 빠져나간다는 의미이다. 이 구간은 중첩 구간이며, 빠져나가는 전류가 Ub상과 Vb상 두개로 중첩되어 있음을 의미한다.

도 2b의 후중첩에서, 260도 - 300도사이 구간(WV)은 Wt상으로 전원(V+)이 입력되어 Vb상으로 전류가 빠져나간다는 의미이다. 이 구간은 중첩되는 부분이 존재하지 않으므로 'WV'로 표시되어 있다.

다음은 도 2b의 후중첩 제어에서, 300도 - 360도사이 구간을 살펴본다.

300도 - 320도사이의 구간 중 300-320도 구간(UWV)은 Ut상과 Wt상으로 전원(V+)이 입력되어 Vb상으로 전류가 빠져나간다는 의미이다. 이 구간은 중첩 구간이며, 입력되는 전원(V+)이 Ut상과 Wt상 두개로 중첩되어 있음을 의미한다.

도 2b의 후중첩에서, 320도 - 360도사이 구간(UV)은 Ut상으로 전원(V+)이 입력되어 Vb상으로 전류가 빠져나간다는 의미다. 이 구간은 중첩되는 부분이 존재하지 않으므로 'UV'로 표시되어 있다.

도 2b의 후중첩 제어에서 살펴본 바와 같이, 표준제어에서 입력 전원 또는 빠져나가는 전류가 상이 바뀌면서 단절되는 부분이 존재하나, 본 발명에서는 표준제어에서 입력 전원 또는 빠져나가는 전류의 단절을 방지하기 위하여 단절되지 않도록 입력 전원 또는 빠져나가는 전류를 소정 구간 동안 연장하여 신호를 중첩시켜 제어함으로써 소음을 줄이고 부하와 무관하게 자동문의 동작이 부드럽게(유연하게) 이루어지도록 구성되어 있다.

비엘디씨 모터에 공급되는 신호(V+)는 소정의 듀티 비(Duty Ratio)를 가진 구형파 신호이며, 듀티 비를 조절하여 비엘디씨 모터에 공급되는 전류를 제어하도록 구성되어 있다.

듀티 비(Duty Ratio) 제어는 자동문의 이동 속도, 안전, 소모 전력 및 소음 등을 고려하여 적절한 전류의 세기로 비엘디씨 모터에 공급할 수 있다.

후중첩 제어는 도 2a의 표준제어에서 각상(U,V,W)이 변경되면서 입력 전원이 단절되는 60도, 180도, 300도에서 변경되기 전 상(위상)의 공급신호를 앞서 설명한 바와 같이 뒤쪽으로(도 2a,b 참조) 연장하여 중첩시켜 전기 신호를 공급하고, 각상(U,V,W)이 변경되면서 빠져나가는 전류가 단절되는 120도, 240도, 360도에서는 변경되기 전 상의 빠져나가는 전류를 앞서 설명한 바와 같이 뒤쪽으로(도 2a,b 참조) 연장하여 중첩시켜 전기 신호를 소정 구간 중첩시켜 공급하는 것이다.

본 발명에 따른 또 다른 실시 예는 도 2b에 도시된 선중첩 제어(도 2b의 아래 부분)에 의하여 BLDC 모터의 소음을 줄이고 부하에 무관하게 부드러운 동작을 할 수 있도록 하는 것이다.

선중첩은 앞서 설명한 후중첩 제어의 설명으로부터 통상의 기술자라면 용이하게 이해할 수 있으므로 구체적인 설명은 중복 기재를 피하기 위하여 생략한다.

보다 용이한 이해를 위하여 간단하게 설명하면, 선중첩 제어는 도 2a의 표준제어에서 각상(U,V,W)이 변경되면서 입력 전원이 단절되는 60도, 180도, 300도에서 변경될 상(위상)의 공급신호의 앞쪽으로(도 2a,b 참조) 연장하여 중첩시켜 신호를 공급하고, 각상(U,V,W)이 변경되면서 빠져나가는 전류가 단절되는 120도, 240도, 360도에서 변경될 상(위상)의 빠져나가는 전류의 앞쪽으로(도 2a,b 참조) 연장하여 중첩시켜 전기 신호를 공급하는 것이다.

사무실 및/또는 아파트 내부에 설치되는 자동문은 소음 발생을 줄이고, 안전사고를 방지하며, 전력 소모를 최소화하는 것이 중요하다.

본 발명의 하나의 실시 예로, 소음 발생을 줄이고, 전력 소모를 최소화하는 BLDC 제어 방법은 중첩 구간을 적절히 하는 것이 중요하다.

이를 달성하기 위하여, 모터의 축에 엔코더를 부착하여 앞서 도 2에서, 1 - 60도를 3등분 하여 중첩 구간을 20도 단위로 하여 설명하였으나, 엔코더의 해상도를 높이면 중첩 구간을 좀더 세분화하여 제어할 수 있다.

세분화하여 제어하는 수단은 홀센서(a,b,c)와, 홀센서와 연동하는 상기 엔코더를 이용하여 보다 작은 구간으로 세분화하여 회전 각도를 검출할 수 있도록 설계 제작할 수 있다.

예를 들어, 중첩 구간을 5도, 10도, 15도, ... , 45도, 50도, 55도로 설정하여 제어할 수 있다. 물론 이보다 더 각도를 세분화하여 제어할 수도 있다.

앞서 설명한 BLDC 모터 구동신호 및 중첩신호의 발생, 중첩구간의 제어 및 홀센서에서 1과 0 검출 신호 제어 등은 이를 제어하기 위하여 설계 제작된 제어 프로그램이 탑재된 메모리와 메모리에 탑재된 제어 프로그램을 실행하는 마이크로프로세서에 의하여 자동으로 수행되도록 설계 제작된다.

본 발명은 비엘디씨 모터에서 소모되는 전력을 감소시키기 위하여 스위칭 모드 전원(Switching Mode Power Supply, SMPS)을 채용하여 비엘디씨 각 상에 공급되는 전원(V+)을 공급하고, 대기시간에는 통상의 전자기기에 채용되는 슬리핑 모드(Sleeping Mode) 기능을 채용하여 제작할 수 있다.

본 발명에 따른 삼상 BLDC 모터의 구동 방법은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 다양한 응용으로 다양한 분야에 유용하게 사용할 수 있을 것이다.

본 발명에 따른 본 발명의 보호범위를 살펴본다.

BLDC 모터를 제어하는 방법에 있어서, 소음을 줄이고 유연한 제어를 위하여, BLDC 모터에서 각상(U,V,W)이 변경되면서 입력 전원이 단절되는 60도, 180도, 300도에서 변경되기 전 상(위상)의 공급신호를 뒤쪽으로 연장하여 중첩시켜 전기 신호를 공급하고, 각상(U,V,W)이 변경되면서 빠져나가는 전류가 단절되는 120도, 240도, 360도에서 변경되기 전 상으로 빠져나가는 전류를 뒤쪽으로 연장하여 중첩시켜 신호를 공급한다.

BLDC 모터를 제어하는 방법에 있어서, 소음을 줄이고 유연한 제어를 위하여, BLDC 모터에서 각상(U,V,W)이 변경되면서 입력 전원이 단절되는 60도, 180도, 300도에서 변경될 상의 공급신호의 앞쪽으로 연장하여 중첩시켜 신호를 공급하고, 각상(U,V,W)이 변경되면서 빠져나가는 전류가 단절되는 120도, 240도, 360도에서 변경될 상으로 빠져나가는 전류의 앞쪽으로 연장하여 중첩시켜 신호를 공급하는 것이다.

소음을 줄이기 위하여 신호를 연장하여 중첩시키는 구간은 1도 내지 60도 사이이다.

신호를 연장하여 중첩시키는 구간은 전력 소모 및 소음 감소를 모두 만족시키기 위하여 5도 내지 40도 사이에서 설정하는 것이 더 바람직하다.

신호를 연장하여 중첩시키는 구간의 제어는 삼상을 감지하는 홀센서와, 홀센서와 연동하는 엔코터를 설치하고, 엔코더에서 검출되는 회전각도를 이용하여 설정된 구간(1도 내지 60도 사이)을 중첩시켜 신호를 공급 제어할 수 있다.

상기 본 발명에 따른 다양한 실시 예에 의한 BLDC 모터를 제어 방법을 적용하여 제작된 자동문(도 3 참조) 역시 본 발명의 보호 범위에 속한다.

도 3에서와 같이, 자동문에 채용된 BLDC 모터는 구동 롤러와 벨트 풀리로 직접 연결하되, BLDC 모터의 회전 직경보다 구동 롤러측 회전 직경을 크게 하여 동작을 부드럽게 하고 수동으로 용이하게 열고 닫을 수 있도록 한다.

도 3의 도면 부호는 별도로 설명하지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에 종사하는 통상의 기술자라면 부호의 설명으로부터 용이하게 이해할 것이다.

또한, 앞서 설명한 기술적 구성을 이용하여 추가로 다양한 특허 권리 보호범위를 설정할 수 있다.

본 발명은 통상의 삼상 BLDC 구동 모터의 구동 방법에 의하면 N 극과 S 극이 서로 당기거나 미는 힘의 세기(자력의 세기)의 변화가 심하여 회전시 발생하는 소음이 통상의 조용한 사무실 또는 조용한 아파트 등의 실내 공간에서는 수용하기가 용이하지 않으므로 이를 줄이기 위하여 삼상(U상,V상,W상)을 검출하는 홀 센서(a,b,c)와 도어 일측에 설치된 롤러에 부착된 엔코더가 연동하여 각각의 상(U상,V상,W상)에 공급되는 전류를 소정 구간 중첩시켜서 공급하므로 소음을 크게 줄이고, 이러한 제어 방법을 적용한 BLDC 모터로 자동문을 열고 닫을 경우에 부드럽게(유연하게) 동작시킬 수 있으므로 산업상 이용가능성이 매우 높다.

a, b, c : 각 상을 검출하기 위한 홀센서
U, V, W : BLDC 모터 구동에 사용되는 삼상(3-Phase)
11; 도어 12; 안내 트랙
13; 아이들 롤러 14; 체결 부재(아이들 풀리)
15; 체결 부재(구동풀리) 16; BLDC 모터
17; 구동롤러 18; 롤러에 부착된 엔코더
19; 엔코더

Claims (8)

1. BLDC 모터를 제어하는 방법에 있어서,
   소음을 줄이고 유연한 제어를 위하여, BLDC 모터에서 각상(U,V,W)이 변경되면서 입력 전원이 단절되는 60도, 180도, 300도에서 변경되기 전 상(위상)의 공급신호를 뒤쪽으로 연장하여 중첩시켜 전기 신호를 공급하고,
   각상(U,V,W)이 변경되면서 빠져나가는 전류가 단절되는 120도, 240도, 360도에서 변경되기 전 상으로 빠져나가는 전류를 뒤쪽으로 연장하여 중첩시켜 신호를 공급함을 특징으로 하는 BLDC 모터를 제어하는 방법.
2. BLDC 모터를 제어하는 방법에 있어서,
   소음을 줄이고 유연한 제어를 위하여, BLDC 모터에서 각상(U,V,W)이 변경되면서 입력 전원이 단절되는 60도, 180도, 300도에서 변경될 상의 공급신호의 앞쪽으로 연장하여 중첩시켜 신호를 공급하고,
   각상(U,V,W)이 변경되면서 빠져나가는 전류가 단절되는 120도, 240도, 360도에서 변경될 상이 빠져나가는 전류의 앞쪽으로 연장하여 중첩시켜 신호를 공급함을 특징으로 하는 BLDC 모터를 제어하는 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   신호를 연장하여 중첩시키는 구간은 1도 내지 60도 사이임을 특징으로 하는 BLDC 모터를 제어하는 방법.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   신호를 연장하여 중첩시키는 구간은 전력 소모 및 소음 감소를 모두 만족시키기 위하여 5도 내지 40도 사이임을 특징으로 하는 BLDC 모터를 제어하는 방법.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   신호를 연장하여 중첩시키는 구간의 제어는 삼상을 감지하는 홀센서와, 홀센서와 연동하는 엔코터를 설치하고,
   엔코더에서 검출되는 회전각도를 이용하여 설정된 구간으로 중첩시켜 신호를 공급 제어함을 특징으로 하는 BLDC 모터를 제어하는 방법.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   비엘디씨 모터에서 소모되는 전력을 감소시키기 위하여 스위칭 모드 전원을 채용하여 전원을 공급함을 특징으로 하는 BLDC 모터를 제어하는 방법.
7. 제1항 또는 제2항 발명에 따른 BLDC 모터를 제어 방법을 적용하여 제작된 자동문.
8. 제7항에 있어서,
   자동문에 채용된 BLDC 모터는 구동 롤러와 벨트 풀리로 직접 연결하되, BLDC 모터의 회전 직경보다 구동 롤러측 회전 직경을 크게 하여 동작을 부드럽게 하고 수동으로 용이하게 열고 닫을 수 있도록 제작됨을 특징으로 하는 자동문.

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