KR930007597B1 - 브러시레스 모터의 속도제어시스템 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

브러시레스 모터의 속도제어시스템

제1도는 본 발명 브러시레스 모터의 속도제어시스템 구성도.

제2도는 제1도의 상세회로도.

제3도의 (a)(b)는 제2도의 주파수발생부의 주파수에 따른 위사동기루프제어부의 출력파형도.

제4도는 제2도의 모터제어부의 타이밍도.

제5도는 제2도의 모터제어부의 출력변화에 따른 브러시레스 모터의 입력전류파형도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 위상동기루프제어부 2 : 필터회로부

3 : 모터제어부 4 : 브러시레스 모터

5 : 주파수발생부 6 : 발진부

A₁-A₃: 증폭기 R₁-R₁₂: 저항

본 발명은 위상동기루프(PLL) 방식을 이용하여 직류 브러시레스(Brushless)모터의 속도를 정밀하고 빠른 응답속도로 제어하기 위한 것으로, 특히 발진부의 기준주파수와 직류 브러시레스 모터의 출력주파수를 비교한 후 그 주파수차와 위상차를 이용하여 브러시레스 모터의 속도를 제어할 수 있게한 브러시레스 모터의 속도제어 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 직류 브러시레스 모터는 정밀성, 소형화, 경량화 및 빠른 응답속도를 요구하는 플로피 디스크 드라이버의 디스크 구동모터 또는 비디오 테이프 레코더등의 캡스턴 모터로서 사용되어 오고 있고, 이와같은 직류 브러시레스 모터는 통상 다수의 와코일에 흐르는 전류를 제어하여 회전자의 회전속도를 일정하게 유지시키는 속도제어장치를 가지고 있다.

그러나 이와같은 속도제어장치는 기구적으로 톱니파형의 철편을 이용하고 있으므로 모터의 소형화 및 경량화를 이룰 수 없고, 구조가 복잡하며 조립작업성이 나쁠 뿐만 아니라 응답속도가 느린 문제점이 있었다.

본 발명은 이와같은 종래의 문제점을 감안하여 브러시레스 모터의 회전속도에 비례하는 주파수발생부의 출력주파수와 발진부의 기준주파수를위상동기루프제어부의 위상비교기로 비교하여 그 주파수차와 위상차출력에 대해 선택한 속도에 대한 이득을 구하고, 이 이득 조정된 값을 전압치로써 기준전압에 되돌려 입력함으로써, 브러시레스 모터의 속도를 정확하게 제어하도록 창안한 것으로, 이하 본 발명을 첨부된 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.

제1도는 본 발명 브러시레스 모터의 속도제어시스템 구성도이고, 제2도는 제1도의 상세도로서, 이에 도시한 바와같이 브러시레스 모터(4)의 회전에 따라 그 회전속도에 비례하게 발생되는 주파수 신호의 잡음을 제거함과 아울러 증폭하여 정형화 출력하는 증폭기(A₃), 저항(R₁₀-R₁₂) 및 콘덴서(C₃,C₄)로 구성된 주파수발생부(5)와, 기준주파수를 발생하는 발진부(6)와 상기 주파수발생부(5)에서 출력되는 주파수신호를 상기 발진부(6)의 기준주파수와 비교하여 위상차신호(IP) 및 주파수차신호(IF)를 출력하는 위상비교기(Ia), 주파수제어기(Ib) 및 위상제어기(Ic)로 구성된 위상동기루프제어부(1)와 상기 위상동기루프제어부(1)로부터 출력된 위상차신호(IP)와 주파수차신호(IF)에 의해 선택속도에 의해 대한 이득을 결정하고, 그 결정된 전압에 의해 기준전압을 조정하여 증폭기(A₁,A₂) 및 콘덴서 (C₁,C₂)로 구성된 필터회로부(2)와, 상기 필터회로부(2)의 출력전압에 따라 상기 브러시레스 모터(4)의 속도를 제어하는 디코더로직(3a)으로 된 모터제어부(3)로서 구성한 것으로, 도면중 미설명 부호 Vcc는 전원단자이다.

이와같이 구성된 본 발명의 작용, 효과를 상세히 설명하면 다음과 같다.

전원(Vcc)이 인가되고, 브러시레스 모터(4)가 회전을 하게 되면, 그 브러시레스 모터(4)의 주파수 발생기에서 그 회전속도에 비례하는 주파수신호가 발생하게 되고, 이 주파수신호는 주파수발생부(5)의 저항(R₉)(R₁₀)(R₁₁) 및 콘데서(C₃)를 통한 후 증폭기(A₃)에서 증폭되어 위상동기루프제어부(1)에 구성된 위상비교기(1a)에 입력된다.

한편, 발진부(6)에서는 기준주파수신호가 발생되어 위상비교기(1a)에 인가됨으로써 위상비교기(1a)는 주파수발생부(5)의 주파수신호와 발진부(6)로부터 발생된 기준주파수신호를 비교하여 각각 주파수차신호와 위상차신호를 위상동기루프제어부(1)의 주파수제어기(1b) 및 위상제어기(1c)에 인가하게 된다. 이때 도면 제3도의 (a)에 도시된 바와 같이 브러시레스 모터(4)의 회전속에 따른 주파수발생부(5)의 주파수신호의 주파수(f)가 발진부(6)의 기주주파수신호 즉, 동기유지범위(F₂)보다 낮은 범위(F₁)에 있게되면, 위상동기루프제어부(1)의 주파수제어기(1b)에서 브러시레스 모터(4)의 속도를 증가시키기 위해 일정전압(일예로 8∼10V)고전압을 출력하게 된다.

그러다가 주파수발생부(5)의 주파수신호의 주파수(f)가 증가되어 동기유지범위(F₂)에 들어서면, 주파수제어기(1b)의 출력신호는 선형적으로 감소되고, 주파수발생부(5)의 주파수신호의 주파수(f)가 동기유지범위(F₂)보다 높은 범위(F₃)에 있게되면, 주파수제어기(1b)의 출력신호는 브러시레스 모터(4)의 속도를 감소시키기 위해 선형적으로 감소되어 정전압(일예로 0.5V)을 출력하게 된다.

한편, 위상제어기(1c)의 출력신호는 제3도의 (b) 파형도에서와 같이 그 위상차가 "0"에서 "2

" 범위일때 그에 비례하여 고전위로 증가된다.

이와같이 주파수제어기(1b) 및 위상제어기(1c)에서 출력되는 주파수차신호(IF) 및 위상차신호(IP)는 저항(R₁), (R₂)을 각기 통한후 저항(R₃,R₄,R₅)에 의해 설정된 기준전압과 합성된다. 이 합성된 전압은 증폭기(A₁),(A₂)를 순차로 통해 증폭되어 모터제어부(3)에 인가됨으로써 브러시레스 모터(4)의 속도를 선택속도로 제어할 수 있게된다.

즉, 브러시레스 모터(4)의 회전속도가 늦어 주파수차가 크게 발생되는 경우에는 주파수제어기(1b)에서 출력되는 주파수차 신호(IF)의 전압이 일정전압(일예로 8-10V)의 고전압으로 되어 증폭기(A₁)의 비반전 입력단자에 인가되는 기준전압을 증가시키므로 그 증폭기(A₁)의 출력전압이 증가되고, 이 증폭기(A₁)의 출력전압은 증폭기(A₂)에서 증폭되어 모터제어부(3)에 인가되므로 브러시레스 모터(4)를 빠른속도로 구동시키게 된다.

결국, 주파수제어기(1b)의 주파수차신호(IF)는 브러시레스 모터(4)의 회전속도가 발진부(6)의 기준주파수에 따른 동기유지범위에 들어가도록 제어하게 된다.

이와같이 브러시레스 모터(4)가 동기유지범위에 드러가면 위상제어기(1c)의 위상차신호(IP)에 의해 그 브러시레스 모터(4)의 회전속도를 정밀제어하게 된다. 즉, 위상제어기(1c)는 일정한 위상범위(2π내)에서만 동작하도록 되어 있으므로 주파수차로 인한 위상차의 앞섬, 뒤짐등에 의한 미세한 위상차신호(IP)가 출력되고, 이 위상차신호(IP)에 의해 증폭기(A₁)의 비반전입력단자에 인가되는 기준전압을 가변시킴으로써 브러시레스 모터(4)의 회전속도를 정밀제어할 수 있게 된다.

한편, 상기 증폭기(A₁)의 출력전압은 증폭기(A₂)에서 증폭되어, 모터제어부(3)에 인가되는데, 이때 그 증폭기(A₂)의 이득(G)은 G=1+

로 된다.

또한, 모터제어부(3)의 디코더로직(3a)은 그의 입력전압을 부호화하여, 브러시레스 모터(4) 내부의 홀센서(도시하지 않음)를 순차적으로 온-오프하게 된다. 상기 디코더로직(3a)의 동작속도는 필터회로부(2)의 출력값에 의해 변화하게 되고 출력값이 높을수록 동작속도는 증가하게 된다.

즉, 디코더로직(3a)의 출력값을 3상일때를 기준으로 표시하면 도면 제4도와 같이 되고, 상기 디코더로직(3a)의 출력변화에 따라 브러시레스 모터(4)에는 제5도에 도시한 바와같은 각상 전류(Iu)(Iv)(Iw)가 인가된다.

이와같이 모터제어부(3)의 출력전류에 따라 브러시레스 모터(4)는 구동을 하기 시작하고, 상기 브러시레스 모터(4)의 속도가 동기유지범위(F₂)에 들어서면, 위상제어기(3c)의 출력신호에 의해 브러시레스 모터(4)가 발진부(6)의 기준주파수에 의해 정해진 속도로 회전을 하게되고, 브러시레스 모터(4)의 속도에 따른 주파수는 위상동기루프제어부(1)의 입력에 맞도록 주파수발생부(5)를 통해 파형을 정형한 다음 궤환되어지고, 발진부(6)의 기준주파수와 주파수발생부(5)의 주파수신호는 위상비교기(1a)에서 계속적으로 비교되어 브러시레스 모터(4)의 속도를 정밀제어하게 된다.

이상에서 상세히 설명한 바와같이 본 발명은 브러시레스 모터의 회전속도에 따른 주파수발생부의 출력주파수와 발진부의 기준주파수를 위상동기루프제어부의 위상비교기를 비교하여, 그 주파수차신호와 위상차신호에 따라 선택속도에 따른 기준전압을 조정하게 되므로 브러시레스 모터의 속도를 보다 정밀하고, 정확하게 저에할 수 있는 효과가 있게 된다.

Claims (2)

1. 브러시레스 모터(4)의 회전에 따라 발생되는 주파수신호를 정형화하여 출력하는 주파수발생부(5)와, 기준주파수신호를 발생하는 발진부(6)와, 상기 주파수발생부(5)의 주파수신호를 상기 발진부(6)의 기준주파수신호와 비교하여 그 주파수신호가 동기유지범위보다 낮을때는 일정한 고전압으로, 동기유지범위 이상일때는 그 고전압을 감소시켜 주파수신호(IF)로 출력함과 아울러 2π범위내에서 비례하는 위상차신호(IP)를 출력하는 위상동기루프제어부(1)와, 상기 위상동기루프제어부(1)의 주파수차신호(IF) 및 위상차신호(IP)에 따라 일정기준전압을 조정하여 증폭출력하는 필터회로부(2)와, 이 필터회로부(2)의 출력신호에 따라 상기 브러시레스 모터(4)의 구동속도를 제어하는 모터제어부(3)로 구성된 것을 특징으로 하는 브러시레스 모터의 속도제어시스템.
2. 제1항에 있어서, 필터회로부(2)는 위상동기루프 제어부(1)의 위상차신호(IP) 및 주파수차신호(IF)를 저항(R₂),(R₁)을 각기 통한후 저항(R₁-R₅) 및 콘덴서(C₁)에 의한 기준전압과 합성되게 접속하고, 상기 기준전압을 증폭기(A₁),(A₂)에서 증폭하여 모터제어부(3)에 인가하게 구성된 것을 특징으로 하는 브러시레스 모터의 속도제어시스템.

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