KR0171837B1

KR0171837B1 - 센서레스 모터의 정지 방법

Info

Publication number: KR0171837B1
Application number: KR1019950003436A
Authority: KR
Inventors: 이동진
Original assignee: 김광호; 삼성전자주식회사
Priority date: 1995-02-22
Filing date: 1995-02-22
Publication date: 1999-05-01
Also published as: KR960032869A

Abstract

[청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야]

센서레스 모터의 제어에 관한 것이다.

[발명이 해결하려고 하는 기술적 과제]

센서레스 모터의 정지동작을 정확하고 신속하게 제어한다.

[발명의 해결 방법의 요지]

본 발명은 스텝별로 각 상(U,V,W)이 서로 다른 정방향 회전 값을 가지며 스텝별로 정방향 회전 값을 달리하여 기동되는 센서레스 모터를 정지시키기 위한 방법을 제안하기 위한 것으로, 외부로부터 상기 모터를 정지시키기 위한 신호가 입력됨을 검출하는 정지신호 검출과정과, 상기 정지신호가 입력됨에 응답하여 상기 모터의 현재 구동 회전스텝 및 구동위상을 확인하는 모터 구동 확인과정과, 상기 확인된 구동위상 다음의 구동위상을 기준으로 하는 상기 회전스텝의 역방향 회전 값에 대응하는 정지펄스를 생성하는 정지펄스 생성과정과, 상기 생성된 정지펄스를 전류증폭하여 상기 모터를 구동할 수 있는 드라이브 펄스로서 상기 모터에 인가하는 드라이브 펄스 인가과정으로 이루어진다. 이때 상기 모터 구동 확인과정, 상기 정지펄스 생성과정 및 상기 드라이브 펄스 인가과정은 상기 모터가 회전함에 대응하여 발생되는 엣지 검출신호가 검출되지 않을 때까지 스텝을 증가시켜가면서 반복적으로 수행하게 된다.

[발명의 중요한 용도]

광디스크 시스템의 스핀들 모터제어에 적용할 수 있다.

Description

센서레스 모터의 정지 방법

제1도는 일반적인 센서레스 모터 구동시스템의 구성도.

제2도는 종래에 있어서 센서레스 모터를 정지시키기 위한 동작 흐름도.

제3도는 본 발명에 따른 센서레스 모터의 정, 역회전 테이블을 나타낸 도면.

제4도는 본 발명에 따라 센서레스 모터를 정지시키기 위한 동작 흐름도.

제5도는 제4도의 동작 흐름중 모터정지 모드에 대한 상세 동작 흐름도.

제6도는 본 발명에 따른 센서레스 모터의 동작 파형도.

제7도는 제6도에서 브레이크 지점(BP)에서의 동적 파형을 상세하게 도시한 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 제어부 20 : 3상태 검출부

30 : 전류증폭부 40 : 구동코일부

50 : 비교부

본 발명은 센서레스 모터(Sensor less Motor)의 제아방법에 관한 것으로, 특히 센서레스 모터의 기동을 정지시키기 위한 방법에 관한 것이다.

일반적으로 센서레스 모터는 직류 서보모터중의 브러쉬레스 모터에 포함되며, 브러쉬레스 모터가 통상적으로 가지는 홀 센서등의 센서를 구비하지 않은 모터를 의미한다. 이러한 센서레스 모터의 대표적인 일예로 잘 알려진 컴팩트 디스크나 미니 디스크 시스템에서 디스크를 최적으로 구동하는 스핀들 모터가 있다. 상기 센서레스 모터는 마그네트 로터의 위치를 검출하는 센서를 가지지 않는 대신에 모터 회전의 제어를 위한 프로그램을 내장하고 있는 마이컴등의 제어회로에 의해 기동펄스를 인가받은후 적절히 구동되며, 정시시에는 상기 제어회로로부터 인가되는 정지 펄스에 의해 정지된다.

제1도는 일반적인 센서레스 모터 구동시스템의 구성을 도시한 것으로, 모터 내의 전기자에 설치되며 성형 결선(Y결선)된 구동코일부(40)와, 롬 및 램등의 메모리를 내부에 구비하고 있는 마이컴등으로 구성되는 제어부(10)와, 제어부(10)로부터 인가되는 U,V,W 3상 펄스의 상태를 검출하는 3상태 검출부(20)와, U,V,W 3상 펄스를 전류증폭하여 전류증폭된 U1,V1,W1의 3상 펄스를 발생하는 전류증폭부(30)와, 구동코일부(40)에 연결되어 상기 제어부(10)에 엣지 검출신호를 인가하는 비교부(50)로 구성된다.

비교부(50)는 구동코일부(40)의 중성점(N)상의 센터신호와 구동코일부(40)의 라인 L1,L2,L3상의 전류 파형을 각각 비교하여 엣지 검출신호를 생성하여 제어부(10)의 입력단(ED)에 인가한다. 이때 모터가 정지하게 된다면 비교부(50)는 아무런 엣지 검출신호도 발생시키지 않는다.

상기 제1도와 같은 구성을 갖는 센서레스 모터 구동시스템에서 수행되는 센서레스 모터를 정지시키기 위한 정지루틴의 동작 흐름이 제2도에 도시되어 있다.

외부로부터 모터를 정지시키기 위한 신호가 인가되면 제어부(10)는 (200)단계에서 모터를 정지시킬 것인지 여부를 확인한후 (210)단계에서 로우 레벨을 갖는 모터 정지펄스를 생성하여 출력단자(U,V,W)로 출력한다. 이때 발생된 3상의 모터 정지펄스는 3상태 검출부(20)를 통해 전류증폭부(30)에서 증폭된후 구동코일부(40)의 각 라인 L1,L2,L3에 펄스 U1, V1 및 W1으로서 인가된다. 펄스 U1, V1 및 W1가 인가됨에 따라 모터의 회전은 정지되면서 비교부(50)에서 검출되는 엣지 검출신호도 서서히 줄어들게 된다. 이때 (220)단계에서 엣지검출신호가 더 이상 발생되지 않는 것으로 확인되면, 제어부(10)는 이를 기준으로 하는 모터가 정지됨을 감지한 후 모터 정지루틴의 동작을 종료한다.

한편 구동중인 모터를 정지시킨다는 것은 모터의 구동 토크에 역토크를 가해 준다는 것을 의미한다. 그러나 종래와 같이 로우레벨을 갖는 모터 정지펄스를 인가하여 모터의 구동을 정지시키는 것은 역토크를 발생시키는 것이라기 보다는 모터의구동 토크(모터의 구동에 따른 관성)를 서서히 줄여나가겠다는 것을 의마하는 것이다. 즉, 종래에는 모터의 구동을 정지시키기 위해 모터 정지펄스를 인가하는데, 모터의 구동 토크는 이러한 시점에서부터 서서히 줄어들게 되고 그 구동 토크가 0이 되는 경우에 모터가 정지하게 되는 것이다. 이와 같이 종래기술에 따라 모터의 구동을 정지시키는 동작은 모터에 역토크가 가해지도록 하는 것이 아니기 때문에 모터의 구동을 정지시키는데 소요되는 시간이 길어지는 문제점이 있었다.

또한 정확하고 신속하게 모터를 정지시켜야 하는 정밀기기에 있어서는 회전에서 정지로의 전환되는 시간이 길어지기 때문에 정밀제어가 용이하지 않고 비효율적인 시간을 소모하는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명의 목적은 센서레스 모터를 정확하고 신속하게 정지시키는 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 센서레스 모터의 정지시에 역토크를 효과적으로 발생시켜, 상기 모터의 정지 실패를 현저하게 감소시키는 방법을 제공함에 있다.

상기와 같은 목적들에 따라, 본 발명에 따른 제어부는 센서레스 모터를 정확하고 효과적으로 정지시키기 위해 모터의 구동위상을 파악하여 정지펄스를 가변적으로 생성함으로써 초기 감속시의 역토크를 가장 효과적으로 발생시키고, 모터정지 동작의 실패를 현저하게 감소시키는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예의 상세한 설명이 첨부된 도면을 참조하여 설명될 것이다. 하기에서 본 발명이 적용되는 센서레스 모터를 모터로 간략히 칭하여 설명함에 유의하여야 한다.

제3도는 본 발명에 따른 모터의 정,역회전 테이블을 나타낸 도면으로, 스텝이 진행함에 따라 U,V,W 각 상이 서로 다른 값들을 갖도록 설계한 것이다. 이러한 정,역회전 테이블은 제1도의 제어부(10)의 내부에 구비된다.

제3도를 참조하면, UF, VF 및 WF는 모터의 기동시 스텝을 증가시켜면서 그 정회전 값을 변화시키는 것을 나타낸 것으로, 이와 같이 정회전 값을 스텝에 따라 변화시키는 이유는 기동에 필요한 최대 토크를 상기 모터에 가하기 위한 것이다. 이러한 모터의 기동 방법에 대한 설명은 1994년 9월 14일자로 본원 출원인에 의해 선출원된 대한민국 특허출원 제94-23244호 제목 센서레스 모터의 기동방법 및 장치하에 상세하게 개시되어 있다.

본 발명에서는 모터의 기동시 스텝을 증가시키면서 모터의 정회전 값을 달리하여 최대 토크를 가하는 방법과 유사하게 모터를 정지시킬때에도 스텝을 증가시키면서 모터의 역회전 값을 달리하여 최대 역토크를 가한다. 측, 제1도의 제어부(10)는 모터를 기동할 때에는 제3도에 도시된 테이블의 내용을 참조하여 스텝별로 정방향 회전값을 달리하여 모터를 기동시킨다. 이때 스텝별로 각 상(U,V,W)은 서로 다른 정방향 회전값을 갖는다. 또한 제어부(10)는 모터를 정지시킬 때에는 제3도에 도시된 역회전 테이블의 내용을 참조하여 모터의 현재 구동위상 다음의 구동위상을 기준으로 하는 역방향 회전값에 대응하는 정지펄스를 생성한다.

여기서, 0은 모터의 현재라인이 로우 레벨을 갖는 것을 나타내며, 1은 모터의 현재라인이 하이 레벨을 갖는 것을 나타내며, Z는 모터의 현재 라인이 하이 임피던스 상태, 즉 오픈 레벨상태임을 나타낸다.

제4도는 본 발명에 따라 모터를 정지시키기 위한 동작 흐름을 도시한 것이고, 제5도는 제4도의 동작 흐름중 (500)단계에서 수행되는 모터 정지 모드의 동작 흐름을 상세하게 도시한 것이다.

상기 제4도 및 제5도에 도시된 동작은 제1도의 제어부(10)에 모터의 회전을 정지시키고자 하는 정지신호가 입력됨에 응답하여 수행되는데, 이런한 정지신호는 사용자에 의해 외부의 키입력신호로서 입력될 수 있다.

먼저, 제어부(10)는 (400)단계에서 정지신호가 입력되는지 여부를 확인한 후 정지신호가 입력된 것으로 확인되며, (500)단계로 진행하여 모터 정지모드의 동작을 수행한다.

모터가 정상적으로 회전하다가 정지신호가 입력되면, 제어부(10)는 일단 비교부(50)로부터의 엣지 검출신호를 수신하여 구동되고 있는 모터가 현재 어느 스텝인지를 확인한다. 만일 스텝 0에 해당하는 U_F=0, V_FF=1, W_F=Z의 엣지 검출신호가 수신된다면, (520)단계에서 제어부(10)는 현재의 구동위상(U상) 다음의 구동위상(V상)을 기준으로 하는 역방향 회전 값에 대응하는 정지펄스를 생성하여 역토크가 발생하도록 한다. 즉, (520)단계에서 U=0, V=Z, W=1(V_B=0, W_B=Z, U_B=1)의 모터 정지펄스를 생성한다. 상기 생성된 정지펄스는 3상태 검출부(20)에서 검출된 후 전류증폭부(30)에서 전류증폭되어 모터를 구동할 수 있는 드라이브 펄스로서 모터의 각 라인 L1, L2, L3에 인가된다.

(580)단계에서는 모터가 현재 스텝 5에 해당하는지 여부가 확인된다. 모터가 스텝 5에 해당하지 않는 경우에는 (590)단계로 진행하여 모터의 스텝을 1증가시키고 리턴하고, 모터가 스텝 5에 해당하는 경우에는 모터의 스텝의 1증가 없이 바로 리턴한다.

그러면 제어부(10)는 (600)단계에서 모터가 정지됨에 대응하는지 여부를 확인한다. 즉, 모터가 회전한다면 (600)단계에서 제어부(10)는 엣지 검출신호가 발생함을 확인할 것이고, 모터가 정지하게 된다면 제어부(10)는 엣지 검출신호가 발생되지 않음을 확인할 것이다.

이때 엣지 검출신호가 발생되지 않는 것으로 확인된다면 제어부(10)는 다시 (500)단계의 모터 정지모드의 동작을 수행한다. 만일 모터의 현재 스텝이 1에 해당하는 U_B=0, V_B=Z, W_B=1의 엣지 검출신호가 수신된다면 (540)단계에서 제어부(10)는 현재의 구동위상(V상) 다음의 구동위상(W상)을 기준으로 하는 역방향 회전값에 대응하는 정지펄스를 생성하고, 모터의 현재 스텝이 4에 해당하는 U_B=1, V_B=Z, W_B=0의 엣지 검출신호가 수신된다면 (560)단계에서 제어부(10)는 현재의 구동위상(V상) 다음의 구동위상(W상)을 기준으로 하는 역방향 회전 값에 대응하는 정지펄스를 생성하고, 모터의 현재 스텝이 5에 해당하는 U_F=Z, V_F=1, W_F=0의 엣지 검출신호가 수신된다면 (570)단계에서 제어부(10)는 현재의 구동위상(W상) 다음의 구동위상(U상)을 기준으로 하는 역방향 회전값에 대응하는 정지펄스를 생성하여 역토크가 발생하도록 한다. 즉, 제어부(10)는 (540)단계에서는 U=0, V=1, W=Z(V_B=0, W_B=1, U_B=Z)의 모터 정지펄스를 생성하고, (560)단계에서는 U=1, V=0, W=Z(V_B=1, W_B=0, U_B=Z)의 모터 정지펄스를 생성하고, U=Z, V=0, W=1(V_B=Z, W_B=0, U_B=1)의 모터 정지펄스를 생성한다. 상기와 같이 생성된 정지펄스는 3상태 검출부(20)에서 검출된 후 전류증폭부(30)에서 전류증폭되어 모터를 구동할 수 있는 드라이브 펄스로서 모터의 각 라인 L1, L2, L3에 인가된다.

이러한 모터 정지모드의 동작은 (600)단계에서 모터가 정지하는 경우에 대응하는 엣지 검출신호가 검출되지 않을 때까지 반복적으로 수행된다. 만일 (600)단계에서 엣지 검출신호가 수신되지 않는 것으로 제어부(10)가 확인한다면, (700)단계에서 제어부(10)는 U_B=0, V_B=0, W_B=0의 모터 정지펄스를 생성하고, 생성된 정지펄스가 3상태 검출부(20)에서 검출된 후 전류증폭부(30)에서 전류증폭되어 모터를 구동할 수 있는 드라이브 펄스로서 모터의 각 라인 L1, L2, L3에 인가되도록 한다. 이렇게 인가된 정지펄스는 더 이상 모터를 회전시키지 않는다.

다음에 제어부(10)는 (800)단계에서 인터럽트 마스크(Interrupt Mask)를 발생하는 등 모터를 정지모드로써 세팅한후 그 모터 정지모드의 동작을 완료한다.

상기에서 미설명한 첨부도면 제6도는 본 발명에 따른 센서레스 모터의 동작파형을 나타낸 도면이고, 제7도는 제6도에서 브레이크 지점(BP)에서의 동작 파형을 상세하게 도시한 도면이다.

브레이크 지점(BP) 이전에 모터는 정방향으로 회전하고 있다가 그 다음의 역방향상이 인가됨에 따라 역방향으로 회전하게 된다. 그리고 역방향상에 대응하여 모터가 회전함에 따라 동작파형에 나타난 바와 같이 모터의 동작주기는 서서히 증가하게 되는데, 이는 점차적으로 비교부(50)에서 엣지 검출신호가 발생되지 않음을 나타내는 것이며, 결국에 모터가 더 이상 회전하지 않는 경우에는 엣지 검출신호는 발생하지 않게 된다.

상술한 바와 같이 모터 정지신호가 입력될시 현재 구동되고 있는 모터의 상태를 확인한후 그 다음의 역방향상을 시작을 감속이 이루어 지도록 함으로써 모터 회전을 정지시키고자 할 때 최대의 역토크를 제공할 수 있다.

이에 따라 모터를 정확하고 신속하게 정지시킬 수 있는 잇점이 있으며, 정밀 기기의 경우에 정밀제어를 제공하는 잇점이 있다. 또한 정확한 역토크의 제어로 전압 및 전류의 손실을 최소화할 수 있고, 마이컴에 의한 제어 알고리즘의 구현으로 필요시 IC 개발등에도 이용할 수 있으며, 소형 경량화된 모터의 개발이 가능하여 제품 가격 경쟁력을 높일 수 있은 잇점이 있다.

Claims

스텝별로 각 상(U,V,W)이 서로 다른 정방향 회전 값을 가지며 스텝별로 정방향 회전 값을 달리하여 기동되는 센서레스 모터의 정지 방법에 있어서, 외부로부터 상기 모터를 정지시키기 위한 신호가 입력됨을 검출하는 정지신호 검출과정과, 상기 정지신호가 입력됨에 응답하여 상기 모터의 현재 구동 회전스텝 및 구동위상을 확인하는 모터 구동 확인과정과, 상기 확인된 구동위상 다음의 구동위상을 기준으로 하는 상기 회전스텝의 역방향 회전 값에 대응하는 정지펄스를 생성하는 정지펄스 생성과정과, 상기 생성된 정지펄스를 전류증폭하여 상기 모터를 구동할 수 있는 드라이브 펄스로서 상기 모터에 인가하는 드라이브 펄스 인가과정으로 이루어지며, 상기 모터가 회전함에 대응하여 발생되는 엣지 검출신호가 검출되지 않을 때까지 스텝을 증가시켜가면서 상기 모터 구동 확인과정, 상기 정지펄스 생성과정 및 상기 드라이브 펄스 인가과정을 반복적으로 수행하는 것을 특징으로 하는 센서레스 모터 정지 방법.
상기 모터는 3가지의 구동코일들이 성형 결선되어 이루어지며, 상기 엣지 검출신호는 상기 각 구동코일의 중성점에서 검출되는 센터신호와 상기 각 구동코일로 인가되는 전류 파형이 비교됨에 따라 생성되는 신호로서 상기 모터가 회전되고 있음을 나타내는 신호이고, 상기 모터의 현재 구동 회전스텝은 상기 엣지 검출신호를 이용하여 확인하는 것을 특징으로 하는 센서레스 모터 정지 방법.