KR20220087883A

KR20220087883A - 모터 제어 장치 및 모터 제어 방법

Info

Publication number: KR20220087883A
Application number: KR1020200178339A
Authority: KR
Inventors: 이기욱; 정한수; 김광식
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2020-12-18
Filing date: 2020-12-18
Publication date: 2022-06-27
Also published as: US20220195655A1; DE102021214189A1; US11926951B2

Abstract

모터 제어 장치 및 모터 제어 방법이 개시된다. 구체적으로, 모터 제어 장치는 직류 입력을 교류 출력으로 변환하여 모터에 제공하는 인버터부; 및 상기 모터의 구동과 관련하여 상기 인버터부를 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 모터에 동일한 위상의 제1 패턴 전압을 인가한 이후, 상기 모터에 다른 위상의 제2 패턴 전압을 인가하도록 상기 인버터부를 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.

Description

모터 제어 장치 및 모터 제어 방법{APPARATUS FOR CONTROLLING MOTOR AND METHOD FOR CONTROLLING MOTOR}

본 개시는 모터 제어 장치 및 모터 제어 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 개시는 모터 기동시 고정자 저항 및 회전자 위치를 제어를 수행할 때 모터의 회전을 최소화할 수 있는 모터 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.

가전 기기에 사용되는 모터는 동작 원리상 회전자의 정확한 위치를 파악해야만 전류 제어가 가능하다. 위치 정보를 얻기 위해 엔코더, 레졸버, 홀센서 등을 사용할 수 있는데, 이러한 위치 검출 수단은 일반적으로 고가이고, 배선이나 구조가 복잡하여 사용 환경에 제한을 받는다. 이에 따라 최근에는 위치 검출 수단을 이용하지 않는 센서리스 제어가 활발히 연구되고 있으나, 센서리스 제어는 초기 위치 검출의 문제가 있다.

이에, 종래 기술 1(한국공개특허공보 10-2020-0087604호)에서는 2-point 연산을 위한 12개의 신호를 인가하여 센서리스에 의한 모터 저항 추정하는 구성을 개시하고 있다.

또한, 종래 기술 2(한국공개특허공보 10-2015-0053559호)에서는 센서리스 방식의 세탁물 처리기기에서 모터에 인가되는 전압 검출을 효율적으로 수행하기 위한 구성을 개시하고 있다.

하지만 이와 같은 종래 기술은 센서리스 방식을 이용하지만, 초기 기동시 고정자의 저항을 추정하는 구성 및 모터에 인가되는 전압을 검출하는 구성을 개시하고 있고, 초기 기동시 다른 파형의 입력을 제공하면서 회전자의 위치를 추정하여 추정 위치가 실제 위치의 차이를 줄이는 기술적 특징에 대해서만 개시할 뿐, 회전자의 위치를 보다 정확히 측정하기 위한 구체적인 방법에 대해서는 개시하지 못하고 있다.

이와 같이, 모터(회전자)의 위치를 정확히 추정하지 못할 경우, 기동 토크가 작아지고, 경우에 따라 모터의 회전 방향이 역전하여 위험을 초래하는 문제가 발생할 수 있다.

그리고, 이와 같은 종래 기술은 센서리스 방식을 이용하지만 초기 기동시 고정자 저항 추정 및 회전자 저항 추정을 위한 신호를 통해 발생하는 토크로 인한 모터의 회전을 줄일 수 있는 기술을 개시하지 못하는 문제가 있다.

따라서, 모터의 회전으로 인해 회전자의 위치 추정이 부정확하여 모터의 제어가 정상적으로 수행되지 않을 수 있다. 이로 인해, 사용자의 불만이 야기될 수 있어 제품 평가가 좋지 않은 문제가 있다.

본 명세서의 실시 예는 상술한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 모터를 기동하기 이전에 고정자의 저항 및 회전자의 위치를 정확히 추정하는 모터 제어 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 명세서의 실시 예는, 센서 없이 고정자의 저항 및 회전자의 위치를 정확히 추정함으로써 이후 의류 처리 장치의 동작을 보다 정확히 제어할 수 있는 모터 제어 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 명세서의 실시 예는 회전자의 위치를 추정할 때 발생하는 토크로 인한 모터의 회전을 줄이기 위한 제2 패턴 전압의 인가 순서와 관련된 모터 제어에 대한 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.

구체적으로, 제1 패턴 전압의 위상을 고려하여 제2 패턴 전압을 인가함으로써 모터의 회전을 줄일 수 있는 모터 제어에 대한 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.

보다 구체적으로, 복수의 신호를 포함하는 제2 패턴 전압의 인가 순서를 모터의 회전을 최대한 줄일 수 있도록 결정함으로써 토크가 상쇄되어 모터의 회전을 줄일 수 있는 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.

따라서, 센서리스 알고리즘 적용할 때 초기 위치 추정 성능을 개선하여 의류 처리 장치의 오작동을 제어할 수 있는 모터 제어 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 실시 예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 이하의 실시 예 들로부터 또 다른 기술적 과제들이 유추될 수 있다.

위치 정렬(Align) 없이 모터를 제어하기 위한 본 명세서의 제1 실시 예에 따르면, 직류 입력을 교류 출력으로 변환하여 모터에 제공하는 인버터부; 및 상기 모터의 구동과 관련하여 상기 인버터부를 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 모터에 동일한 위상의 제1 패턴 전압을 인가한 이후, 상기 모터에 다른 위상의 제2 패턴 전압을 인가하도록 상기 인버터부를 제어하는 것을 특징으로 하는, 모터 제어 장치가 제공될 수 있다.

이때, 상기 제2 패턴 전압은, 상기 모터에 인가되는 다른 위상의 복수의 신호를 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 제어부는, 상기 제1 패턴 전압과 제1 각도 차이인 위상에 기초하여 제1 서브 패턴 신호를 인가한 후, 상기 제1 서브 패턴 신호와 상기 제1 각도 차이인 위상에 기초하여 제2 서브 패턴 신호를 인가한 후, 상기 제2 서브 패턴 신호와 제2 각도 차이인 위상에 기초하여 제3 서브 패턴 신호를 인가하도록 상기 인버터부를 제어하는 것이 가능하다.

또한, 상기 제어부는, 상기 제3 서브 패턴 신호와 상기 제1 각도 차이인 위상에 기초하여 제4 서브 패턴 신호를 인가한 후, 상기 제4 서브 패턴 신호와 상기 제2 각도 차이인 위상에 기초하여 제5 서브 패턴 신호를 인가한 후, 상기 제5 서브 패턴 신호와 상기 제1 각도 차이인 위상에 기초하여 제6 서브 패턴 신호를 인가하도록 상기 인버터부를 제어하는 것이 가능하다.

바람직하게는, 상기 제1 각도 및 상기 제2 각도는, 상기 제2 패턴 전압에 따른 상기 모터의 회전을 줄일 수 있도록 결정되는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 제어부는, 상기 제2 패턴 전압에 대응한 응답 전류의 위상의 최대 지점을 기반으로 상기 모터의 회전자의 위치를 추정하는 것이 가능하다.

또한, 상기 제어부는, 상기 제1 패턴 전압과 반대 위상을 갖는 상기 제2 패턴 전압이 인가되도록 상기 인버터부를 제어하는 것이 가능하다.

뿐만 아니라, 상기 제1 패턴 전압은 서로 다른 크기의 신호를 포함하며, 상기 제어부는, 상기 동일한 위상에 상기 서로 다른 크기의 신호를 인가하여 상기 모터의 고정자의 저항을 추정하는 것이 가능하다.

이때, 상기 제어부는, 상기 서로 다른 크기의 신호에 대응하는 응답 전류가 0 보다 작은 구간에서 상기 고정자의 저항을 추정하는 것이 가능하다.

또한, 상기 제1 패턴 전압 및 상기 제2 패턴 전압은 정현파인 것이 가능하다.

위치 정렬(Align) 없이 모터를 제어하기 위한 본 명세서의 제2 실시 예에 따르면, 모터에 동일한 위상의 제1 패턴 전압을 인가하는 단계; 상기 제1 패턴 전압을 인가한 후, 상기 모터에 다른 위상의 제2 패턴 전압을 인가하는 단계; 및 상기 제1 패턴 전압 및 상기 제2 패턴 전압에 기초하여 확인된 정보에 따라 상기 모터의 구동을 제어하는 단계를 포함하는, 모터 제어 방법이 제공될 수 있다.

기타 실시 예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

제안되는 실시 예에 따른 이동 로봇에서는 다음과 같은 효과를 하나 혹은 그 이상 기대할 수 있다.

본 명세서의 실시 예에 의한 모터 제어 장치는 의류 제어 장치에 포함되어 센서리스 방식으로 고정자의 저항 및 회전자의 위치를 정확히 추정하여 의류 처리 장치의 오동작을 제어할 수 있다.

이때, 상대적으로 더 큰 영향을 미치는 고정자의 저항 추정을 위해 제1 패턴 전압을 먼저 인가한 이후, 다른 위상의 제2 패턴 전압을 인가하여 회전자의 위치를 추정함으로써 정확성이 향상되는 이점이 있다.

구체적으로, 제2 패턴 전압에 대응한 제1 응답 전류 및 제2 응답 전류는 id 성분이 iq 성분 보다 큰 값을 가지므로, 모터의 회전을 최대한 줄일 수 있는 이점이 있다.

보다 구체적으로, 토크 발생이 최대한 상쇄될 수 있도록 제2 패턴 전압이 제1 각도 및 제2 각도에 기초하여 모터의 서로 다른 위상에 인가되어 정확성을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

이때, 회전자의 위치는 제2 패턴 전압에 대응한 응답 전류의 위상의 최대 지점을 기반으로 추정됨으로써 실제 회전자의 위치에 매우 근사한 값이 획득될 수 있는 이점이 있다.

또한, 고정자의 저항은 서로 다른 크기의 신호에 대응하는 응답 전류가 0보다 작은 구간에서 추정되어 매우 정확한 고정자의 저항 값이 획득될 수 있는 이점이 있다.

또한, 회전자 위치 추정을 비교적 단시간에 수행함으로써 초기 기동시 신속하게 동작을 수행할 수 있다.

이로 인해, 모터의 운전을 정확하고 안정적으로 제어할 수 있어 의류 처리 장치가 안정적으로 동작할 수 있는 이점이 있다.

발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당해 기술 분야의 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 일 실시 예에 따른 의류 처리 장치를 도시한 도면이다.
도 2는 일 실시 예에 따른 모터 제어 장치를 포함하는 의류 처리 장치의 구성을 나타낸다.
도 3은 일 실시 예에 따른 의류 처리 장치를 나타내는 도면이다.
도 4는 일 실시 예에 따른 모터에 인가되는 전류를 나타낸 도면이다.
도 5는 다른 일 실시 예에 따른 모터에 인가되는 전류를 나타낸 도면이다.
도 6은 일 실시 예에 따른 저항 추정 구간 및 초기 위치 추정 구간을 나타내는 도면이다.
도 7는 일 실시 예에 따른 저항 추정 구간의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 8은 일 실시 예에 따른 저항 추정 구간에 포함된 저항 검출 구간의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 9는 일 실시 예에 따라 고정자 저항을 추정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 일 실시 예에 따른 인버터의 비선형 특성 및 이에 따른 보상 전압을 설명하기 위한 도면이다.
도 11는 일 실시 예에 따라, 보상 전압에 따른 지령 전압과 모터에 출력된 전압의 차이를 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 일 실시 예에 따른 응답 전류를 나타내는 도면이다.
도 13는 일 실시 예에 따른 회전자의 위치를 추정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 14은 다른 일 실시 예에 따른 회전자의 위치를 추정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 15는 일 실시 예에 따른 모터 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

실시 예들에서 사용되는 용어는 본 개시에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 개시에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 개시의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.

명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "~부", "~모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

명세서 전체에서 기재된 "a, b, 및 c 중 적어도 하나"의 표현은, 'a 단독', 'b 단독', 'c 단독', 'a 및 b', 'a 및 c', 'b 및 c', 또는 'a,b,c 모두'를 포괄할 수 있다.

이하에서 언급되는 "단말"은 네트워크를 통해 서버나 타 단말에 접속할 수 있는 컴퓨터나 휴대용 단말로 구현될 수 있다. 여기서, 컴퓨터는 예를 들어, 웹 브라우저(WEB Browser)가 탑재된 노트북, 데스크톱(desktop), 랩톱(laptop) 등을 포함하고, 휴대용 단말은 예를 들어, 휴대성과 이동성이 보장되는 무선 통신 장치로서, IMT(International Mobile Telecommunication), CDMA(Code Division Multiple Access), W-CDMA(W-Code Division Multiple Access), LTE(Long Term Evolution) 등의 통신 기반 단말, 스마트폰, 태블릿 PC 등과 같은 모든 종류의 핸드헬드(Handheld) 기반의 무선 통신 장치를 포함할 수 있다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 개시의 실시 예에 대하여 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 개시는 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 개시의 실시 예들을 상세히 설명한다.

도 1은 일 실시 예에 따른 의류 처리 장치를 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 의류 처리 장치(100)는 포가 전면(front) 방향으로 세탁조 내로 삽입되는 드럼식 의류 처리 장치일 수 있다. 또는, 도 1과 달리, 의류 처리 장치(100)는 포가 상부 방향으로 세탁조 내로 삽입되는 의류 처리 장치일 수 있다. 이와 같은 의류 처리 장치는 포가 삽입되어 세탁, 헹굼, 탈수 및 건조 중에서 적어도 하나를 수행하는 장치일 수 있다.

드럼식 의류 처리 장치(100)는 외관을 형성하는 캐비닛(110)과, 캐비닛(110) 내부에 배치되며 캐비닛(110)에 의해 지지되는 터브(120)과, 터브(120) 내부에 배치되며 포가 세탁되는 드럼(122)과, 드럼(122)을 구동시키는 모터(130)와, 캐비닛 본체(111) 외측에 배치되며 캐비닛(110) 내부로 세탁수를 공급하는 세탁수 공급 장치(미도시)와, 터브(120) 하측에 형성되어 세탁수를 외부로 배출하는 배수장치(미도시)를 포함할 수 있다.

드럼(122)은 세탁수가 통과되도록 복수개의 통공(122A)이 형성되어 있으며, 드럼(122)의 회전시 세탁물이 일정 높이로 들어 올려진 후 중력에 의해 낙하되도록 드럼(122)의 내부 측면에 리프터(124)가 배치될 수 있다.

캐비닛(110)은, 캐비닛 본체(111)와, 캐비닛 본체(111)의 전면에 배치되어 결합하는 캐비닛 커버(112)와, 캐비닛 커버(112) 상측에 배치되며 캐비팃 본체(111)와 결합하는 컨트롤패널(115)과, 컨트롤패널(115) 상측에 배치되며 캐비닛 본체(111)과 결합하는 탑 플레이트(116)을 포함할 수 있다.

캐비닛 커버(112)는 포의 출입이 가능하도록 형성되는 포 출입홀(114)과, 포 출입홀(114)의 개폐가 가능하도록 좌우로 회동가능하게 배치되는 도어(113)를 포함할 수 있다.

컨트롤 패널(115)는 의류 처리 장치(100)의 동작 상태를 조작하는 조작키들(117)과, 조작키들(117)의 일측에 배치되며 의류 처리 장치의 동작 상태를 표시하는 디스플레이(118)을 포함할 수 있다.

컨트롤 패널(115) 내의 조작키들(117) 및 디스플레이(118)는 제어부(미도시)에 전기적으로 연결되며, 제어부(미도시)는 의류 처리 장치(100)의 각 구성요소들을 전기적으로 제어할 수 있다. 제어부(미도시)의 동작에 대해 구체적인 내용은 이하 후술한다. 도면에는 도시하지 않았지만, 의류 처리 장치(100)는 각종 센서 및 기타 기기를 더 포함할 수 있다. 예를 들면, 의류 처리 장치는 드럼(122)의 진동량을 측정하는 진동 센서를 더 포함할 수 있거나, 또는 드럼(122)에 수용된 포의 편심량에 따라 발생하는 진동을 감지하여 저감하기 위한 기기를 더 포함할 수 있다.

도 2는 일 실시 예에 따른 모터 제어 장치를 포함하는 의류 처리 장치의 구성을 나타낸다.

도 2를 참조하면, 의류 처리 장치는 모터(230), 조작키(240), 디스플레이(250) 및 모터 제어 장치(200) 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이때, 모터 제어 장치(200)는 제어부(210) 및 구동부(220) 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.

제어부(210)에 의해 구동부(220)가 제어되며, 구동부(220)에 의해 모터(230)는 구동될 수 있다. 모터(230)의 구동에 따라 터브(120) 내의 드럼(122)이 회전할 수 있다. 제어부(210)는 조작키로부터 동작 신호를 입력 받아 동작을 제어할 수 있으며, 예를 들면 세탁, 헹굼, 탈수, 건조 등 세탁 행정을 제어할 수 있다. 또한, 제어부(210)는 디스플레이가 세탁 코스, 세탁 시간, 탈수 시간, 헹굼 시간 등 세탁 행정과 관련된 동작 상태를 표시하도록 제어할 수 있다.

구동부(220)는 모터(230)을 구동시키기 위한 것으로, 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 모터(230)에 출력하는 인버터(미도시)를 포함할 수 있다. 모터(230) 내부 또는 외부에는 회전자 위치를 감지하기 위한 센서가 구비되지 않아, 구동부(220)는 센서리스(sensorless) 방식에 의해 모터(230)를 제어할 수 있다.

모터 제어 장치(200)는, 모터(230)에 구동 전원을 공급하여 모터(230)의 구동을 제어하는 장치일 수 있다. 또한, 모터 제어 장치(200)는 모터(230)의 동작을 제어하여 모터(230)가 포함된 압축기의 구동을 제어하는 장치일 수 있다. 모터 제어 장치(200)에 의해 제어되는 모터(230)는, 고정자와 회전자를 구비하며, 3상 각 상의 고정자의 코일에 소정 주파수의 교류 전원이 인가되어 회전자가 회전을 하는 3상 모터를 포함할 수 있다. 예를 들면, 모터는 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)를 포함할 수 있다.

제어부(210)는, 모터(230)의 기동 전 모터(230)의 고정자의 저항을 추정하기 위한 제1 패턴 전압이 모터(230)의 회전자의 위치를 추정하기 위한 제2 패턴 전압보다 먼저 인가되도록 구동부(220)를 제어할 수 있다. 본 명세서에서 제1 패턴 전압은 제1 패턴 신호에 대응할 수 있고, 제2 패턴 전압은 제2 패턴 신호에 대응할 수 있다.

제어부(210)는 제1 패턴 전압을 인가한 결과에 따라 추정된 고정자의 저항 및 제2 패턴 전압을 인가한 결과에 따라 추정된 회전자의 위치를 기반으로 모터(230)의 구동을 제어할 수 있다.

본 명세서에서, 제1 패턴 신호는 동일한 위상의 서로 다른 크기를 갖는 복수의 신호를 포함하는 제1 서브 패턴 신호 세트를 포함할 수 있다. 예를 들면, 제1 서브 패턴 신호 세트는 동일한 위상이지만 서로 다른 크기를 갖는 제1 입력 신호 및 제2 입력 신호을 포함할 수 있다. 또한, 제2 패턴 신호는 다른 위상의 동일한 크기를 갖는 복수의 신호를 포함하는 제2 서브 패턴 신호 세트를 포함할 수 있다. 예를 들면, 제2 서브 패턴 신호 세트는 다른 위상이지만 동일한 크기를 갖는 제1 서브 패턴 신호, 제2 서브 패턴 신호, 제3 서브 패턴 신호, 제4 서브 패턴 신호, 제5 서브 패턴 신호 및 제6 서브 패턴 신호를 포함할 수 있다.

또한, 본 명세서에서 제1 입력 전압은 제1 입력 신호에 대응할 수 있고, 제2 입력 전압은 제2 입력 신호에 대응할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 제1 서브 패턴 신호는 제1 서브 패턴 전압에 대응할 수 있고, 제2 서브 패턴 신호는 제2 서브 패턴 전압에 대응할 수 있고, 제3 서브 패턴 신호는 제3 서브 패턴 전압에 대응할 수 있고, 제4 서브 패턴 신호는 제4 서브 패턴 전압에 대응할 수 있고, 제5 서브 패턴 신호는 제5 서브 패턴 전압에 대응할 수 있고, 제6 서브 패턴 신호는 제6 서브 패턴 전압에 대응할 수 있다.

제1 패턴 전압은 동일한 위상의 서로 다른 크기를 갖는 신호에 대응할 수 있고, 제2 패턴 전압은 다른 위상의 동일한 크기를 갖는 신호에 대응할 수 있다. 구체적으로, 제1 패턴 전압은 동일한 위상의 제1 입력 전압 및 제2 입력 전압을 포함할 수 있다. 다만, 제1 입력 전압의 최대값과 제2 입력 전압의 최대값은 상이하고, 제1 입력 전압 및 제2 입력 전압으로 인한 상기 모터의 합성 자속의 각도는 동일할 수 있다. 한편, 상기 제1 입력 전압 및 상기 제2 입력 전압의 형태는 정현파 형태일 수 있다.

또한, 제어부(210)는 제1 입력 전압에 대한 응답 전류가 0[A]이 된 지점부터 제1 임계 시간이 초과하면, 제2 입력 전압이 인가되도록 상기 구동부(220)를 제어할 수 있다.

한편, 고정자의 저항 값은 제1 입력 전압 및 제2 입력 전압에 대한 응답 전류가 0[A] 보다 작은 구간에서 추정될 수 있다.

또한, 제어부(210)는 모터(230)의 정지 지령을 수신하고 난 후 제2 임계 시간을 초과하기 이전에, 제1 패턴 전압이 인가하지 않도록 구동부(220)를 제어할 수 있다. 고정자의 저항 값은 모터(230)의 정지 지령을 수신하고 난 후 제2 임계 시간을 초과하면 새로 추정될 수 있다.

또한, 고정자의 저항 값은 모터(230)의 정지 지령을 수신하고 난 후 제2 임계 시간을 초과하기 이전에 제1 패턴 전압이 인가되어도 업데이트되지 않을 수 있다.

한편, 제1 패턴 전압은 지령 전압과 모터(230)에 출력된 전압의 오차를 보정하기 위해, 지령 전압에 보상 전압이 추가된 것일 수 있다. 이때 보상 전압은 구동부(220)가 복수의 인버터를 포함하는 경우, 복수의 인버터에 전원 인가 시 각각의 전압 오차들의 합계에 따라 변경될 수 있다.

실시 예에 따르면, 모터 제어 장치(200)는, 모터(230)의 운전 시작 시, 모터(230)의 회전자의 위치를 정렬하지 않고, 고정자의 저항을 추정한 후 회전자의 위치를 추정할 수 있다. 이처럼, 모터(230)의 운전을 시작하기 전, 회전자의 위치를 정렬시키지 않기 때문에, 회전자 위치 정렬에 소요되는 시간을 단축할 수 있게 된다. 또한, 고정자의 저항 추정을 위한 신호와 회전자의 위치 추정을 위한 신호가 분리되어 있고, 저항 추정을 위한 신호를 위치 추정을 위한 신호보다 먼저 인가함으로써, 저항 추정의 정확도를 향상시킬 수 있다. 즉, 회전자의 위치를 추정하기 이전에, 고정자의 저항을 추정하기 때문에 위치 추정 신호로 인한 영향을 최소화할 수 있게 된다.

도 3은 일 실시 예에 따른 의류 처리 장치를 나타내는 도면이다.

도 3을 참조하면, 의류 처리 장치는 교류 전원(305), 리액터(L), 컨버터(310), 평활 커패시터(C), 인버터(320), 제어부(330) 및 모터(340) 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 의류 처리 장치는 입력 정류 검출부(A), dc 단 전압 검출부(B), 출력 전류 검출부(E), 출력 전압 검출부(F)를 포함할 수 있다.

여기서, 리액터(L)은 교류 전원(305, Vs)과 컨버터(310) 사이에 배치되어, 역률 보정 또는 승압 동작을 수행할 수 있다. 또한, 리액터(L)는 컨버터(310)의 고속 스위칭에 의한 고조파 전류를 제한하는 기능을 수행할 수도 있다.

입력 전류 검출부(A)는, 교류 전원(305)로부터 입력되는 입력 전류 is를 검출할 수 있다. 이를 위해, 입력 전류 검출부(A)로 CT(Current Transformer), 션트 저항등이 사용될 수 있다. 검출되는 입력 전류 is는, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 제어부(330)에 입력될 수 있다.

컨버터(310)는 리액터(L)를 거친 교류 전원(305)을 직류 전원으로 변환하여 출력할 수 있다. 이때, 교류 전원(305)는 단상 교류 전원이거나 또는 삼상 교류 전원일 수 있으며, 교류 전원(305)의 종류에 따라 컨버터(310)의 내부 구조도 변경될 수 있다. 컨버터(310)는 스위칭 소자 없이 다이오드 등으로 구성되며, 별도의 스위칭 동작 없이 정류 동작을 수행할 수도 있다. 예를 들면, 단상 교류 전원인 경우 컨버터(310)로 4개의 다이오드가 브릿지 형태가 사용될 수 있으며, 삼상 교류 전원인 경유 컨버터(310)로 6개의 다이오드가 브릿지 형태가 사용될 수 있다. 컨버터(310)가 스위칭 소자를 구비하는 경우, 컨버터(310)는 스위칭 소자의 스위칭 동작에 의해 승압 동작, 역률 개선 및 직류 원 변환을 수행할 수 있다.

평활 커패시터(C)는 입력되는 전원을 평활하고 이를 저장할 수 있다. 도 3에서, 평활 커패시터(C)로 하나의 소자가 기재되어 있으나, 이에 제한되지 않고 소자 안정성을 위해 복수개가 이용될 수도 있다. 또한, 도 3에서, 컨버터(310)의 출력단에 평활 커패시터(C)가 위치하지만, 이에 제한되지 않고 직류 전원이 바로 입력될 수도 있다. 평활 커패시터(C)는 직류 전원을 저장하고 있으므로, 평활 커패시터(C)의 양단은 dc 단 또는 dc 링크단이라 기재될 수 있다.

dc 단 전압 검출부(B)는 평활 커패시터(C)의 양단인 dc 단 전압(Vdc)를 검출할 수 있다. dc 단 전압 검출부(B)는 저항 소자, 증폭기 등을 포함할 수 있다. 검출되는 dc 단 전압(Vdc)은, 펄스 형태의 이산 신호로서, 제어부(330)에 입력될 수 있다.

인버터(320)는 복수개의 스위칭 소자를 구비하고, 스위칭 소자의 on/off 동작에 의해 평활된 직류 전원(Vdc)을 소정 주파수의 삼상 교류 전원(va, vb, vc)으로 변환하여, 모터(340)에 출력할 수 있다. 각각 서로 직렬 연결되는 상암 스위칭 소자(Sa, Sb, Sc) 및 하암 스위칭 소자(S'a, S'b, S'c)가 한 쌍이 될 경우, 인버터(320)는 총 세쌍의 상암/하암 스위칭 소자가 서로 병렬 연결된 구조일 수 있다. 각 스위칭 소자(Sa, Sb, Sc, S'a, S'b, S'c)는 다이오드가 병렬로 연결된 구조일 수 있다.

인버터(320) 내의 스위칭 소자들은 제어부(330)로부터의 제어 신호(Sic)에 기초하여 on/off 상태로 제어될 수 있다. 이에, 소정 주파수를 갖는 교류 전원이 모터(340)에 출력될 수 있다. 제어 신호(Sic)는 펄스폭 변소 방식(PWM)의 스위칭 제어 신호로서, 출력 전류 검출부(E)에서 검출되는 출력 전류(i0)와, 출력 전압 검출부(F)에서 검출되는 출력 전압(V0)를 기초로 생성되어 출력될 수 있다.

제어부(330)는 센서리스 방식에 기초하여 인버터(320)의 스위칭 동작을 제어할 수 있다. 이를 위해, 제어부(330)는 출력 전류 검출부(E)에서 검출되는 출력 전류(i0)와, 출력 전압 검출부(F)에서 검출되는 출력 전압(V0)를 입력받을 수 있다.

출력 전류 검출부(E)는, 인버터(320)와 모터(340) 사이에 흐르는 출력 전류(i0)를 검출할 수 있다. 즉, 모터(340)에 흐르는 전류를 검출할 수 있다. 또한, 출력 전류 검출부(E)는 각 상의 출력 전류 ia, ib, ic를 모두 검출할 수 있으며, 또는 삼상 평형을 이용하여 두 상의 출력 전류를 검출할 수도 있다. 출력 전류 검출부(E)는 인버터(320)과 모터(340) 사이에 위치할 수 있으며, 전류 검출을 위해 CT(Current Transformer), 션트 저항 등이 사용될 수 있다. 션트 저항이 사용되는 경우, 3개의 션트 저항이 인버터(320)과 모터(340) 사이에 위치하거나 또는 인버터(320)의 3개의 하암 스위칭 소자(S'a, S'b, S'c)에 일단이 각각 접속하는 것이 가능하다. 또한, 삼상 평형을 이용하여, 2개의 션트 저항이 사용되는 것도 가능하다. 또한 1개의 션트 저항이 사용되는 경우, 커패시터(C)와 인버터(320) 사이에 션트 저항이 사용되는 것도 가능하다. 검출된 출력 전류 i0는 펄스 형태의 이산 신호로서, 제어부(330)에 인가될 수 있으며, 검출된 출력 전류 i0에 기초하여 제어 신호 Sic가 생성될 수 있다.

출력 전압 검출부(F)는 인버터(320)와 모터(340) 사이에 위치하며, 인버터(320)에서 모터(340)로 인가되는 출력 전압을 검출할 수 있다. 인버터(320)가 펄스폭 가변(PWM) 기반의 스위칭 제어 신호에 의해 제어되는 경우, 출력 전압은 펄스폭 가변(PWM) 기반의 펄스 형태의 전압일 수 있다. 출력 전압 검출부(F)는 인버터(320)과 모터(340) 사이에 전기적으로 접속되는 저항 소자와, 저항 소자의 일단에 접속되는 비교기를 포함할 수 있다. 검출된 출력 전압 V0는 펄스 형태의 이산 신호로서, 제어부(330)에 인가될 수 있으며, 검출된 출력 전압 V0에 기초하여 제어 신호 Sic가 생성될 수 있다.

도 4는 일 실시 예에 따른 모터에 인가되는 전류를 나타낸 도면이다.

기존의 세탁기 모터의 센서리스 제어에서는 초기의 기동 특성을 안정화시키고 감지 성능을 안정시키기 위하여 초기 위치 정렬(Align)을 수행할 수 있다. 초기 위치 정렬 동작은, 도 4에 도시된 바와 같이 직류 전류를 인가하여 모터의 위치를 특정 위치에 정렬시킨 후 모터를 구동하게 되는데, 이 때의 전압과 전류 정보를 이용하여 센서리스 제어에 필수적인 파라미터인 고정자 저항(Rs)을 검출하게 된다. 이와 같이, 도 4의 (b)와 같은 기 설정된 신호를 인가하여 모터의 위치를 특정 위치에 정렬시킨 후 모터가 구동될 수 있다.

도 4의 (a) 및 (b)를 참고하면, A 구간은 회전자의 위치 정렬(Align)이 수행되는 구간이고, B 구간은 모터의 스윙 기동일 수 있다. 그리고, C 구간부터 모터의 기동이 시작될 수 있다. 도 4의 (a)를 참고하면, A 구간에서는 모터를 기동하기 이전이므로 모터 속도는 0에 가까우나, B 구간을 지나 C 구간에 도달하면 모터의 속도가 증가하는 것을 확인할 수 있다.

한편, A 구간에서 모터 제어 장치에 인가되는 기 설정된 신호는 도 4의 (b)와 같을 수 있다. 도 4에 따른 형태로 제어될 경우, 모터 제어 장치는 회전자의 위치를 정렬하면서, 고정자의 저항을 동시에 추정할 수 있다. 그러나, 위치 정렬(Align)에 소요되는 시간(0 내지 T1)이 도 5의 위치 정렬 없이(Alignless) 고정자의 저항 및 회전자의 위치를 추정할 때 소요되는 시간 보다 상대적으로 길고, 모터로 구동하고자 하는 물체의 관성이 클수록 위치 정렬에 소요되는 시간이 길어지는 문제점이 존재한다.

도 5는 다른 일 실시 예에 따른 모터에 인가되는 전류를 나타낸 도면이다.

일 실시 예에 따른 모터 제어 장치 및 방법은 회전자의 위치를 정렬하는 과정을 수행하는 대신, 제1 패턴 전압을 인가하여 고정자의 저항을 추정하고 제2 패턴 전압을 인가하여 회전자의 위치를 추정할 수 있다. 따라서, 모터 제어 장치는 도 4의 (a)에 도시된 A 구간(Align) 대신 도 5의 (a)에 도시된 A' 구간(Alignless)에서 고정자의 저항을 추정하고 회전자의 위치를 추정할 수 있다. 제1 패턴 전압 및 제2 패턴 전압에 대해 자세한 내용은 이하 도 6 내지 도 14를 참조한다.

이때, A' 구간(Alignless) 내지 C 구간에서 모터 제어 장치에 인가되는 전류는 도 5의 (b)와 같을 수 있다. 도 4 및 도 5을 참고하면, 회전자의 위치를 정렬하는데 소요되는 시간(A 구간)보다 고정자의 저항을 추정하고 회전자의 위치를 추정하는데 소요되는 시간(A'구간)이 상대적으로 더 짧아지는 것을 확인할 수 있다. 예를 들면, 도 4에 따른 전류를 인가할 경우 소요되는 시간(A 구간(Align))은 대략 3 sec가 필요하지만, 도 5에 따른 전류를 인가할 경우 소요되는 시간(A' 구간(Alignless))은 대략 0.31 sec가 필요할 수 있다. 이에 따라, 모터 제어 장치 및 방법은 모터의 소음 및/또는 진동을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.

A' 구간(Alignless)와 관련하여, 위치 정렬 없이 제1 패턴 전압 제2 패턴 전압을 인가하여 고정자의 저항 추정 및 회전자의 위치를 추정하는 자세한 설명은 이하 도면을 참조한다.

도 6은 일 실시 예에 따른 저항 추정 구간 및 초기 위치 추정 구간을 나타내는 도면이다.

도 6을 참고하면, 일 실시 예에 따른 모터 제어 장치 및 방법은 모터의 구동 시작에 대응하여 저항 추정을 위한 제1 패턴 전압(610)과 초기 위치 추정을 위한 제2 패턴 전압(620)이 인가되도록 인버터를 제어할 수 있다.

한편, 저항 추정 및 초기 위치 추정을 위한 신호를 인가하면, 신호에 의해 회전 토크가 발생하여 모터가 움직일 수 있다. 이러한 모터의 움직임은 저항 추정의 성능에 영향을 줄 수 있다.

이를 고려하여, 제1 패턴 전압(610)은 제2 패턴 전압(620)보다 먼저 인가될 수 있다. 이에 따라, 일 실시 예에 따른 모터 제어 장치 및 방법은 제2 패턴 전압(620)으로 인해 저항 추정의 성능이 저하되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 인버터 비선형성에 의한 전압 오차를 상쇄시키기 위해, 제1 패턴 전압(610)은 회전자의 동일한 위치에 인가될 수 있다. 제1 패턴 전압이 회전자의 동일한 위치에 인가되었는지 여부는 제1 패턴 전압으로 인한 모터의 합성 자속의 각도를 검출함으로써 확인할 수 있다. 예를 들어, 제1 패턴 전압(610)은 0도에서 인가될 수 있으나, 제1 패턴 전압(610)이 인가되는 위치는 이에 제한되지 않는다.

도 7는 일 실시 예에 따른 저항 추정 구간의 일 예를 나타내는 도면이다.

도 7을 참고하면, 저항 추정을 위한 제1 패턴 전압(710)은 최대값이 V1인 제1 입력 전압(720) 및 최대값이 V2인 제2 입력 전압(730)을 포함할 수 있다. 예를 들어, V1은 0.75V2일 수 있으나, V1 및 V2의 관계는 이에 제한되지 않는다. 다시 말해, 제1 패턴 전압(710)은 진폭이 서로 다른 정현파 형태의 제1 입력 전압(720) 및 제2 입력 전압(730)을 포함할 수 있다. 그러나, 제1 패턴 전압(710)의 형태는 이에 제한되지 않으며, 구형파, 반파, 펄스, 정현파 중 적어도 하나일 수 있다.

도 8은 일 실시 예에 따른 저항 추정 구간에 포함된 저항 검출 구간의 일 예를 나타내는 도면이다.

제1 패턴 전압은 제1 입력 전압 및 제2 입력 전압을 포함할 때, 도 8의 제1 검출 구간(810)은 제1 입력 전압에 대한 응답 전류가 0[A]보다 작은 구간을 의미한다. 그리고, 제2 검출 구간(820)은 제2 입력 전압에 대한 응답 전류가 0[A]보다 작은 구간을 의미한다. 일 실시 예에 따른 모터 제어 장치 및 방법은 제1 검출 구간(810) 및 제2 검출 구간(820)에서 확인된 정보에 기초하여 고정자의 저항을 추정할 수 있다.

한편, 고정자의 저항(Rs)은 아래 수학식 1 내지 수학식 4에 기초하여 계산될 수 있다. 먼저, 정지 좌표계 모터 전압 방정식은 수학식 1과 같다.

[수학식 1]

여기서, LS는 고정자의 인덕턴스를 의미한다. 한편,

인 것을 가정하고, 제1 검출 구간(810)과 제2 검출 구간(820)에서 각각 검출된 전압에 대한 적분 값은 수학식 2 및 수학식 3과 같이 표현할 수 있다.

[수학식 2]

여기서, Vα1은 제1 검출 구간(810)에서 검출된 전압이고, Iα1는 제1 검출 구간(810)에서 검출된 전류를 의미한다.

[수학식 3]

여기서, Vα2은 제2 검출 구간(820)에서 검출된 전압이고, Iα2는 제2 검출 구간(820)에서 검출된 전류를 의미한다. 따라서, 수학식 2 및 수학식 3을 이용하면, 고정자의 저항(RS)을 수학식 4와 같이 계산할 수 있다.

[수학식 4]

도 9는 일 실시 예에 따라 고정자 저항을 추정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 9를 참조하면, 일 실시 예에 따른 모터 제어 장치 및 방법은 제1 입력 전압이 인가된 이후 제1 입력 전압에 대한 응답 전류가 0[A]이 된 지점부터 제1 임계 시간이 초과하면, 제2 입력 전압이 인가되도록 스위칭 동작을 제어할 수 있다.

도 9를 참고하면, 제1 입력 전압(910)이 인가되면 제1 입력 전압(910)에 대한 응답 전류가 검출될 수 있다. 일 실시 예에 따른 모터 제어 장치 및 방법은 제1 입력 전압(910)에 대한 응답 전류가 0[A]이 된 지점(920)부터 제1 임계 시간이 초과하면, 제2 입력 전압(930)을 인가할 수 있다. 예를 들어, 제1 임계 시간은 15ms 일 수 있으나, 제1 임계 시간은 이에 제한되지 않는다.

저항 추정시 모터가 움직이면 역기전력에 의한 전압이 발생하여 저항 추정 오차가 발생할 수 있다. 따라서, 모터가 완전히 정지하지 않은 상태에서 모터 기동을 할 때에는 저항 추정을 위한 신호를 인가하지 않거나, 저항 추정을 위한 신호를 인가하더라도 저항 값을 새로 검출하지 않을 수 있다. 여기서, 새로 검출되지 않는 것은, 저항 값을 새로 추정하였더라도 기존 추정된 저항 값을 새로운 저항 값으로 업데이트하지 않는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 부하양, 수량에 따라서 다르지만 모터 정지 지령부터 모터 기동 지령까지의 시간이 3.5초이내이면 저항 값을 업데이트하지 않을 수 있다. 또한, 세탁 텀블과 같이 실동률로 모터의 동작을 제어하는 모션 외, 편심 감지 후 단락이나 포적심 패턴과 같이 모터가 정지 후 바로 기동하는 모션에서 고정자의 저항 값은 감지되지 않거나 업데이트되지 않을 수 있다. 이로 인해 일 실시 예에 따른 모터 제어 장치 및 방법은 저항 오차를 줄이는 효과가 있을 수 있다.

도 10은 일 실시 예에 따른 인버터의 비선형 특성 및 이에 따른 보상 전압을 설명하기 위한 도면이다.

도 10을 참조하면, 일 실시 예에 따른 모터 제어 장치 및 방법은 인버터의 비선형성을 보상하기 위하여, 지령 전압에 보상 전압이 더해진 제1 패턴 전압을 인가할 수 있다.

저항 추정을 위한 전압을 인가할 때, 낮은 전압 영역에서 데드 타임(dead time) 등에 의한 인버터 비선형 특성이 나타날 수 있다. 따라서, 인버터 비선형 특성의 영향을 감소시키기 위하여 데드 타임에서 발생하는 전압 오차를 계산하여 지령 전압에 더해줄 수 있다. 이렇게, 지령 전압에 더해지는 전압은 보상 전압으로 정의될 수 있다.

도 10의 (a)를 참고하면, 제1 전압 오차는 모터의 아래쪽 인버터에 전원 인가시 전압 오차를 나타내는 것이고, 제2 전압 오차는 모터의 위쪽 인버터에 전원 인가시 전압 오차를 나타내는 것이다. 제1 전압 오차와 제2 전압 오차를 합하면, 상전류 크기가 0[A]인 때를 제외한 구간에서 전압 오차가 발생하는 것을 확인할 수 있다.

도 10의 (b)는 도 10의 (a)에 도시된 전압 오차의 합을 고려하여 결정된 보상 전압을 나타낸 것이다. 도 10의 (a) 및 (b)를 참고하면, 보상 전압은 전압 오차와 상반된 부호를 가지는 것을 확인할 수 있다.

도 11는 일 실시 예에 따라, 보상 전압에 따른 지령 전압과 모터에 출력된 전압의 차이를 설명하기 위한 도면이다.

도 11을 참조하면, 일 실시 예에 따른 모터 제어 장치 및 방법은 제1 패턴 전압에 대한 응답 전류가 0[A]보다 작은 검출 구간에서 고정자의 저항을 추정할 수 있다. 한편, 제1 검출 구간은 도 11의 제1 구간(1110)과 유사할 가능성이 높기 때문에, 도 11에 관한 설명에서, 모터 제어 장치 및 방법은 제1 구간(1110)에서 고정자의 저항을 추정하는 것으로 가정한다.

한편, 도 11의 (a)는 인버터 비선형성을 보상하기 이전의 지령 전압 및 모터에 출력된 전압인 출력 전압을 나타낸 도면이다. 보상 전압이 고려되지 않았으므로, 제1 구간(1110) 내 지령 전압과 출력 전압에 차이가 발생하는 것을 확인할 수 있다.

한편, 인버터 비선형성을 보상하기 위하여 지령 전압에 보상 전압이 더한 후, 출력 전압을 검출하면 도 11의 (b)와 같을 수 있다. 도 11의 (b)를 참고하면, 제1 구간(1110)에서 지령 전압과 출력 전압이 거의 유사한 것을 확인할 수 있다.

도 12는 일 실시 예에 따른 응답 전류를 나타내는 도면이다.

도 12를 참조하면, 제어부는 특정 패턴의 입력 전압이 모터에 인가되도록, 인버터를 제어할 수 있다. 여기서 특정 패턴의 입력 전압은 구형파, 반파, 펄스, 정현파 중 하나를 포함할 수 있다. 여기서, 특정 패턴의 입력 전압은 제1 패턴 전압과 제2 패턴 전압을 포함할 수 있다. 전술한 바와 같이 제1 패턴 전압을 이용하여 고정자의 저항을 추정할 수 있으며, 제2 패턴 전압을 이용하여 회전자의 위치를 추정할 수 있다.

제2 패턴 전압은 모터에 인가되는 다른 위상의 복수의 신호를 포함할 수 있다. 즉, 복수의 신호는 모터의 서로 다른 위치에 인가되는 신호일 수 있다. 한편, 제1 패턴 전압은 모터에 인가되는 동일 위상의 신호를 포함할 수 있으며, 이는 모터의 동일한 위치에 인가되는 신호일 수 있다. 복수의 신호가 모터의 서로 다른 위치에 인가됨으로 인해, 모터의 합성 자속의 각도가 순차적으로 변할 수 있다. 도 12는 제2 패턴 전압의 형태가 정현파인 것을 전제로 한 것이다. 만약 제2 패턴 전압의 형태가 정현파이면, 양의 방향 및 음의 방향으로 토크가 발생되므로, 한 주기의 평균 토크가 0이 될 수 있다. 따라서, 토크 리플을 줄일 수 있는 효과가 있다.

제2 패턴 전압은 복수의 서브 패턴 전압을 포함할 수 있으며, 각 서브 패턴 전압은 이전에 인가된 서브 패턴 전압에 대응한 응답 전류가 0이 된 후 인가될 수 있다. 제2 패턴 전압이 인가되는 구간(1210)에서 한 주기의 정현파가 일례로 6번 인가되고, 이에 따른 응답 전류 역시 정현파와 유사한 형태일 수 있다. 예를 들어, 제2 패턴 전압이 정현파 신호인 제1 서브 패턴 전압 내지 제6 서브 패턴 전압을 포함하는 경우, 응답 전류 역시 정현파와 유사한 형태일 수 있으며, 제1 서브 패턴 전압 내지 제6 서브 패턴 전압에 대한 제1 응답 전류 내지 제6 응답 전류가 생성될 수 있다.

각각의 정현파는 이전에 인가된 서브 패턴 전압으로 인한 응답 전류가 0이 되고 나서 제3 임계 시간 이후에 인가되는 것일 수 있다. 즉, 제2 패턴 전압이 연속적인 정현파가 아니기 때문에, 응답 전류도 완전한 정현파의 형태와는 차이가 있을 수 있다.

한편, 인가되는 서브 패턴 전압은 소음이 낮은 주파수 및 크기를 가질 수 있다. 예를 들어, 3 [A] 이하 및 50 [Hz] 응답 전류가 발생하도록 제2 패턴 전압을 인가할 수 있다. 그러나, 인가될 수 있는 제2 패턴 전압의 크기 및 주파수는 이에 제한되지 않으며, 시스템 설계 요구사항에 따라 변경될 수 있음은 해당 기술분야의 통상의 기술자에게 자명하다.

한편, 모터의 기동이 시작된 이후에는 전류 산포가 발생할 수 있다. 따라서 제어부는 전류 정보를 이용하는 구간에서는 본 명세서에 기재된 저항 추정 및 위치 추정을 수행하지 않을 수 있다.

도 13는 일 실시 예에 따른 회전자의 위치를 추정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 13을 참조하면, 제1 신호 내지 제6 신호는 제1 서브 패턴 전압 내지 제6 서브 패턴 전압에 대응할 수 있다. 모터에 인가되는 다른 위상의 제1 서브 패턴 전압 내지 제6 서브 패턴 전압을 포함하는 제2 패턴 전압이 나타난다. 제1 서브 패턴 전압 내지 제6 서브 패턴 전압이 인가될 경우, 이에 대응하는 제1 응답 전류 내지 제6 응답 전류가 생성될 수 있다. 이때, 회전자의 위치 추정을 위해 제1 서브 패턴 전압 내지 제6 서브 패턴 전압이 도 13과 같이 반시계방향으로 인가된 경우, 토크로 인해 모터가 회전할 수 있다. 이때, 발생하는 모터의 회전으로 인해 부자연스러운 떨림 및 움직임에 따른 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 제2 패턴 전압을 인가하는 순서와 관련하여 이하 도면에서 자세히 기재한다.

도 14은 다른 일 실시 예에 따른 회전자의 위치를 추정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 14를 참조하면, 제2 패턴 전압에 따른 모터의 회전을 줄이기 위해 제1 서브 패턴 전압 내지 제6 서브 패턴 전압이 인가되는 순서가 도 13과 상이할 수 있다. 이때, 제1 패턴 전압은 동일한 위상에 서로 다른 크기의 2개의 전압을 인가하므로, 제2 패턴 전압의 제1 서브 패턴 전압은 제1 패턴 전압과 제1 각도 차이의 위상을 가질 수 있다. 즉, 제1 패턴 전압과 제1 각도 차이인 위상을 갖는 제1 서브 패턴 전압이 모터에 인가될 수 있다. 예를 들면, 제1 패턴 전압으로 0도에 서로 다른 크기의 2개의 전압이 인가된 경우, 제2 패턴 전압의 제1 서브 패턴 전압은 180도에 인가될 수 있다. 여기서, 제1 각도는 고정된 값이거나, 또는 고정된 값에 근사한 각도일 수 있다. 예를 들면, 제2 패턴 전압의 제1 서브 패턴 전압은 180도±10도에 인가될 수 있다. 다시 말하면, 제1 서브 패턴 전압에 대응한 제1 응답 전류는 id 성분(X축 성분)이 iq 성분(Y축 성분) 보다 클 수 있다.

또한, 제2 패턴 전압의 제2 서브 패턴 전압은 제1 서브 패턴 전압과 제1 각도 차이의 위상을 가질 수 있다. 예를 들면, 제1 서브 패턴 전압이 180도에 인가된 경우, 제2 서브 패턴 전압은 0도에 인가될 수 있다. 마찬가지로, 제2 각도는 고정된 값이거나, 또는 고정된 값에 근사한 각도일 수 있다. 예를 들면, 제2 패턴 전압의 제2 서브 패턴 전압은 0도±10도에 인가될 수 있다. 즉, 제1 각도와 제2 각도는 제2 패턴 전압에 따른 모터의 회전을 줄일 수 있도록 결정되는 각도일 수 있고, 제2 서브 패턴 전압은 제1 서브 패턴 전압과 제2 서브 패턴 전압에 의한 모터의 회전을 줄이는 위치에 인가될 수 있다. 다시 말하면, 제2 서브 패턴 전압에 대응한 제2 응답 전류는 id 성분(X축 성분)이 iq 성분(Y축 성분) 보다 클 수 있다.

또한, 제2 패턴 전압의 제3 서브 패턴 전압은 제2 서브 패턴 전압과 제2 각도 차이의 위상을 가질 수 있다. 예를 들면, 제2 서브 패턴 전압이 0도에 인가된 경우, 제3 서브 패턴 전압은 120도에 인가될 수 있다. 제1 서브 패턴 전압 내지 제6 서브 패턴 전압은 모터의 서로 다른 위치에 인가될 수 있으므로, 제3 서브 패턴 전압은 제1 서브 패턴 전압과 동일한 위치가 아닌 다른 위치에 인가될 필요가 있고, 이때 모터의 회전을 최대한 줄일 수 있는 위치에 인가될 수 있다. 다시 말하면, 제3 서브 패턴 전압에 대응한 제3 응답 전류는 id 성분(X축 성분)이 iq 성분(Y축 성분) 보다 작을 수 있다.

또한, 제2 패턴 전압의 제4 서브 패턴 전압은 제3 서브 패턴 전압과 제1 각도 차이의 위상을 가질 수 있다. 예를 들면, 제3 서브 패턴 전압이 120도에 인가된 경우, 제4 서브 패턴 전압은 300도에 인가될 수 있다. 제1 서브 패턴 전압 내지 제6 서브 패턴 전압은 모터의 서로 다른 위치에 인가될 수 있으므로, 제4 서브 패턴 전압은 모터의 회전을 최대한 줄일 수 있는 위치에 인가될 수 있다. 다시 말하면, 제4 서브 패턴 전압에 대응한 제4 응답 전류는 id 성분(X축 성분)이 iq 성분(Y축 성분) 보다 작을 수 있다.

또한, 제2 패턴 전압의 제5 서브 패턴 전압은 제4 서브 패턴 전압과 제2 각도 차이의 위상을 가질 수 있다. 예를 들면, 제4 서브 패턴 전압이 300도에 인가된 경우, 제5 서브 패턴 전압은 60도에 인가될 수 있다. 제1 서브 패턴 전압 내지 제6 서브 패턴 전압은 모터의 서로 다른 위치에 인가될 수 있으므로, 제5 서브 패턴 전압은 모터의 회전을 최대한 줄일 수 있는 위치에 인가될 수 있다. 다시 말하면, 제5 서브 패턴 전압에 대응한 제5 응답 전류는 id 성분(X축 성분)이 iq 성분(Y축 성분) 보다 작을 수 있다.

또한, 제2 패턴 전압의 제6 서브 패턴 전압은 제5 서브 패턴 전압과 제1 각도 차이의 위상을 가질 수 있다. 예를 들면, 제5 서브 패턴 전압이 60도에 인가된 경우, 제6 서브 패턴 전압은 240도에 인가될 수 있다. 제1 서브 패턴 전압 내지 제6 서브 패턴 전압은 모터의 서로 다른 위치에 인가될 수 있으므로, 제6 서브 패턴 전압은 모터의 회전을 최대한 줄일 수 있는 위치에 인가될 수 있다. 다시 말하면, 제6 서브 패턴 전압에 대응한 제6 응답 전류는 id 성분(X축 성분)이 iq 성분(Y축 성분) 보다 작을 수 있다.

제1 서브 패턴 전압 내지 제6 서브 패턴 전압에 대응한 제1 응답 전류 내지 제6 응답 전류의 위상의 최대 지점을 기반으로 모터의 회전자의 위치가 추정될 수 있다. 예를 들면, 제1 응답 전류 내지 제6 응답 전류 중에서 최대 위상을 갖는 제4 응답 전류에 기초하여 모터의 회전자의 위치가 추정될 수 있다.

도 15는 일 실시 예에 따른 모터 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 중복되는 내용의 자세한 설명과 관련하여 전술한 기재를 참조한다.

도 15를 참조하면, 단계 S1510에서 제어부는 모터에 동일한 위상의 제1 패턴 전압을 인가할 수 있다. 제1 패턴 전압은 서로 다른 크기의 신호를 포함하며, 동일한 위상에 서로 다른 크기의 신호가 인가될 수 있고, 이로부터 모터의 고정자의 저항이 추정될 수 있다. 이때, 서로 다른 크기의 신호에 대응하는 응답 전류가 0[A] 보다 작은 구간에서 고정자의 저항이 추정될 수 있다.

단계 S1520에서, 제어부는 제1 패턴 전압을 인가한 후, 모터에 다른 위상의 제2 패턴 전압을 인가할 수 있다. 제2 패턴 전압은 모터에 인가되는 다른 위상의 복수의 신호를 포함할 수 있다. 이때, 제2 패턴 전압의 인가에 따른 모터의 회전을 줄일 수 있도록 복수의 신호의 위상이 결정될 수 있다. 또한, 제1 패턴 전압은 동일한 위상에 서로 다른 크기의 신호가 인가되었으므로, 제2 패턴 전압의 제1 서브 패턴 신호는 제1 패턴 전압과 반대 위상을 갖도록 인가될 수 있다. 예를 들면, 제1 패턴 전압이 0도에 서로 다른 크기의 신호가 인가된 경우, 제2 패턴 전압의 제1 서브 패턴 신호는 180도에 인가되고, 제2 서브 패턴 신호는 0도에 인가되고, 제3 서브 패턴 신호는 120도에 인가되고, 제4 서브 패턴 신호는 300도에 인가되고, 제5 서브 패턴 신호는 60도에 인가되고, 제6 서브 패턴 신호는 240도에 인가될 수 있다.

단계 S1530에서, 제어부는 제1 패턴 전압 및 제2 패턴 전압에 기초하여 확인된 정보에 기초하여 모터의 구동을 제어할 수 있다. 구체적으로, 제어부는 제1 패턴 전압 및 제2 패턴 전압에 기초하여 확인된 고정자의 저항 및 회전자의 위치에 기초하여 이후 모터의 기동을 제어할 수 있다.

전술한 실시예들에 따른 전자 장치 또는 단말은, 프로세서, 프로그램 데이터를 저장하고 실행하는 메모리, 디스크 드라이브와 같은 영구 저장부(permanent storage), 외부 장치와 통신하는 통신 포트, 터치 패널, 키(key), 버튼 등과 같은 사용자 인터페이스 장치 등을 포함할 수 있다. 소프트웨어 모듈 또는 알고리즘으로 구현되는 방법들은 상기 프로세서상에서 실행 가능한 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드들 또는 프로그램 명령들로서 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체 상에 저장될 수 있다. 여기서 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체로 마그네틱 저장 매체(예컨대, ROM(read-only memory), RAM(random-Access memory), 플로피 디스크, 하드 디스크 등) 및 광학적 판독 매체(예컨대, 시디롬(CD-ROM), 디브이디(DVD: Digital Versatile Disc)) 등이 있다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템들에 분산되어, 분산 방식으로 컴퓨터가 판독 가능한 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 매체는 컴퓨터에 의해 판독가능하며, 메모리에 저장되고, 프로세서에서 실행될 수 있다.

본 실시 예는 기능적인 블록 구성들 및 다양한 처리 단계들로 나타내어질 수 있다. 이러한 기능 블록들은 특정 기능들을 실행하는 다양한 개수의 하드웨어 또는/및 소프트웨어 구성들로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시 예는 하나 이상의 마이크로프로세서들의 제어 또는 다른 제어 장치들에 의해서 다양한 기능들을 실행할 수 있는, 메모리, 프로세싱, 로직(logic), 룩 업 테이블(look-up table) 등과 같은 직접 회로 구성들을 채용할 수 있다. 구성 요소들이 소프트웨어 프로그래밍 또는 소프트웨어 요소들로 실행될 수 있는 것과 유사하게, 본 실시 예는 데이터 구조, 프로세스들, 루틴들 또는 다른 프로그래밍 구성들의 조합으로 구현되는 다양한 알고리즘을 포함하여, C, C++, 자바(Java), 어셈블러(assembler) 등과 같은 프로그래밍 또는 스크립팅 언어로 구현될 수 있다. 기능적인 측면들은 하나 이상의 프로세서들에서 실행되는 알고리즘으로 구현될 수 있다. 또한, 본 실시 예는 전자적인 환경 설정, 신호 처리, 및/또는 데이터 처리 등을 위하여 종래 기술을 채용할 수 있다. “매커니즘”, “요소”, “수단”, “구성”과 같은 용어는 넓게 사용될 수 있으며, 기계적이고 물리적인 구성들로서 한정되는 것은 아니다. 상기 용어는 프로세서 등과 연계하여 소프트웨어의 일련의 처리들(routines)의 의미를 포함할 수 있다.

전술한 실시예들은 일 예시일 뿐 후술하는 청구항들의 범위 내에서 다른 실시예들이 구현될 수 있다.

Claims

직류 입력을 교류 출력으로 변환하여 모터에 제공하는 인버터부; 및
상기 모터의 구동과 관련하여 상기 인버터부를 제어하는 제어부를 포함하고,
상기 제어부는,
상기 모터에 동일한 위상을 갖는 제1 패턴 전압을 인가한 이후, 상기 모터에 다른 위상을 갖는 제2 패턴 전압을 인가하도록 상기 인버터부를 제어하는 것을 특징으로 하는,
모터 제어 장치.
제1항에 있어서,
상기 제2 패턴 전압은, 상기 모터에 인가되는 다른 위상을 갖는 복수의 서브 패턴 신호를 포함하고,
상기 제어부는,
상기 제1 패턴 전압과 제1 각도 차이인 위상에 기초하여 제1 서브 패턴 신호를 인가한 후, 상기 제1 서브 패턴 신호와 상기 제1 각도 차이인 위상에 기초하여 제2 서브 패턴 신호를 인가한 후, 상기 제2 서브 패턴 신호와 제2 각도 차이인 위상에 기초하여 제3 서브 패턴 신호를 인가하도록 상기 인버터부를 제어하는 것을 특징으로 하는,
모터 제어 장치.
제2항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 제3 서브 패턴 신호와 상기 제1 각도 차이인 위상에 기초하여 제4 서브 패턴 신호를 인가한 후, 상기 제4 서브 패턴 신호와 상기 제2 각도 차이인 위상에 기초하여 제5 서브 패턴 신호를 인가한 후, 상기 제5 서브 패턴 신호와 상기 제1 각도 차이인 위상에 기초하여 제6 서브 패턴 신호를 인가하도록 상기 인버터부를 제어하는 것을 특징으로 하는,
모터 제어 장치.
제2항에 있어서,
상기 제1 각도 및 상기 제2 각도는,
상기 제2 패턴 전압에 따른 상기 모터의 회전을 줄일 수 있도록 결정되는 것을 특징으로 하는,
모터 제어 장치.
제1항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 제2 패턴 전압에 대응한 응답 전류의 위상의 최대 지점을 기반으로 상기 모터의 회전자의 위치를 추정하는 것을 특징으로 하는,
모터 제어 장치.
제1항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 제1 패턴 전압과 반대 위상을 갖는 상기 제2 패턴 전압의 제1 서브패턴 신호가 인가되도록 상기 인버터부를 제어하는 것을 특징으로 하는,
모터 제어 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 패턴 전압은 동일한 위상의 서로 다른 크기를 갖는 복수의 신호를 포함하며,
상기 제어부는,
상기 동일한 위상에 상기 서로 다른 크기를 갖는 상기 복수의 신호를 인가하여 상기 모터의 고정자의 저항을 추정하는 것을 특징으로 하는,
모터 제어 장치.
제7항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 서로 다른 크기의 신호에 대응하는 응답 전류가 0 보다 작은 구간에서 상기 고정자의 저항을 추정하는 것을 특징으로 하는,
모터 제어 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 패턴 전압 및 상기 제2 패턴 전압은 정현파인 것을 특징으로 하는,
모터 제어 장치.
모터 제어 장치의 제어 방법에 있어서,
모터에 동일한 위상을 갖는 제1 패턴 전압을 인가하는 단계;
상기 제1 패턴 전압을 인가한 후, 상기 모터에 다른 위상을 갖는 제2 패턴 전압을 인가하는 단계; 및
상기 제1 패턴 전압 및 상기 제2 패턴 전압에 기초하여 확인된 정보에 따라 상기 모터의 구동을 제어하는 단계를 포함하는,
제어 방법.